Метод квантовой призрачной визуализации позволяет изучать растения, не повреждая их

Исследователи получили четкие изображения растений сорго при освещении на порядок уступающем свету звезд по интенсивности. Новый метод позволяет изучать растения не повреждая их.

Обычно для детального изучения процессов в растении их приходится срезать, вводить внутрь специальные «метки» или подвергать вредным уровням светового излучения, которые вызывают стресс или повреждают ткани растения. Метки и красители позволяют исследователям наблюдать детали растения и его состояние на микроуровне, но могут нарушать естественные протекающие внутри растений процессы.

Метод квантовой призрачной визуализации (Quantum Ghost Imaging, QGI) позволяет получать изображения при экстремально низких уровнях освещения. Более того, он улучшает качество изображений в диапазонах длин волн, где традиционные камеры работают неэффективно и не могут дать четкой картинки.

Метод использует эффект спонтанного параметрического двойного рассеяния (SPDC) для создания пары связанных фотонов. Один из этих фотонов, называемый сигналом, используется для формирования изображения, а другой, называемый идлером, используется для измерения и корреляции с сигналом. У фотонов разные длины волн, у сигнального — в инфракрасном диапазоне, у идлера — в видимом.

Идлер проходит через растение, взаимодействует с водой в нем и попадает на свой детектор, сигнальный фотон — в другой, свой. После сопоставления информации от двух детекторов исследователи могут делать выводы об объекте, на который было направлено излучение, и строить изображение.

Ученые поместили растения сорго, кинзу и папоротник в световой поток интенсивностью три аттоватт* на квадратный сантиметр. После этого с помощью инфракрасного света они детектировали специфические видимые в этом диапазоне химические вещества и видимый свет.

В QGI образец исследуется на одной длине волны излучения, а изображение формируют за счет коррелированных фотонов другой длины волны. Разделение спектра устраняет необходимость в высокочувствительных детекторах в ближнем инфракрасном диапазоне, снижая требуемую интенсивность освещения. Чтобы уловить прошедший через растение свет, оказалось достаточно детектора одиночных фотонов.

Исследователи смогли добиться квантовой призрачной визуализации с беспрецедентной чувствительностью и контрастностью. Растения, участвующие в экспериментах, не получили повреждений.

Используя бесконтактную инфракрасную визуализацию, исследователи могут собирать важную информацию о ключевых процессах в живом растении, напрямую наблюдать процессы фотосинтеза и колебания содержания воды.

Применение QGI расширяет возможности биовизуализации при экстремально низкой освещенности. Это важно для работы с чувствительными к свету образцами — некоторые ткани растений деградируют под определенным излучением.

Источник

*10 в минус 18-й степени Ватт.

Пара статей, посвященных призрачной визуализации:

📖 Padgett M.J., Boyd R.W. 2017. An introduction to ghost imaging: quantum and classical. Phil. Trans. R. Soc. A 375:20160233. http://dx.doi.org/10.1098/rsta.2016.0233
🖥 Трунин Д. Физики впервые получили изображение с помощью «призрачных» электронов

Сегодня расскажем о новых методах и изобретениях, которые могут повлиять на дистанционное зондирование.

Узбеккосмос и компания China Siwei обсудили вопросы сотрудничества

Представители агентства Узбеккосмос провели встречу с делегацией китайской компании China Siwei. На встрече основное внимание было уделено совершенствованию технологий дистанционного зондирования Земли, взаимодействию в области космических снимков и геоинформационных систем.

China Siwei основана в 1992 году и является дочерней компанией государственной корпорации China Aerospace Science and Technology Group (CASC). С 2016 года China Siwei является оператором группировки оптических спутников ДЗЗ Gaojing-1 (SiperView), пространственное разрешение данных которых достигает 0,5 м. С 2021 года идет развертывание группировки Siwei Gaojing (SuperView Neo), которая будет состоять из 28 оптических и радарных спутников ДЗЗ. Завершить развертывание группировки планируется в 2025 году.

#узбекистан #китай

Сорок лет назад, 15 декабря 1984 года, с космодрома Байконур стартовала ракета-носитель “Протон-К” с автоматической межпланетной станцией “Вега-1”, а спустя шесть дней стартовал ещё один “Протон-К” — со станцией “Вега-2”.

Стации “Вега” провели исследования планеты Венера и кометы Галлея. Они также были частью совместного с Европейским космическим агентством проекта “Лоцман”, в рамках которого удалось провести западноевропейскую межпланетную станцию Giotto на заданном расстоянии от ядра кометы.

Проект «Вега» стал триумфом отечественной науки и международного сотрудничества в космических исследованиях.

Госкорпорация «Роскосмос» публикует рассекреченные документы, приуроченные к юбилею: https://www.roscosmos.ru/41104/

#история

Earth Engine Task Manager — запуск скрипта Goggle Eearth Engine из VS Code

Запустить скрипт Goggle Eearth Engine из VS Code можно с помощью расширения Earth Engine Task Manager (eetasks), созданного Оливером Лопесом (Oliver Lopez). Расширение полезно для 1) отправки задач на экспорт, 2) мониторинга их выполнения, а также для (3) использования интерактивной карты (в новой версии добавлена поддержка функции Map.addLayer).

🖥 Репозиторий eetasks
🔗 eetasks в маркетплейсе vscode

#софт #GEE

В 2025 году доступ к данным ДЗЗ из федерального фонда будет безвозмездным

Данные дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ), содержащиеся в федеральном фонде данных ДЗЗ, будут предоставляться бесплатно органам власти, госкорпорациям, а также компаниям и частным лицам, исполняющим государственные контракты в период с 1 января по 31 декабря 2025 года. Соответствующее постановление правительства России опубликовано на официальном портале правовой информации.

Действие постановления распространяется на данные ДЗЗ, копии данных ДЗЗ, а также на продукты, созданные на их основе.

#россия

Открытые данные дистанционного зондирования для выявления археологических объектов

С помощью современных спутниковых данных можно находить признаки наличия скрытых сооружений или поселений, которые проявляются в изменении характера растительных условий и даже ландшафта, что позволяет значительно сузить радиус поиска археологических объектов. В работе (Данилов и др., 2024) рассмотрены возможности использования открытых данных дистанционного зондирования для выявления археологических объектов. Показано как применять спутниковые снимки (Landsat, Sentinel-2) и цифровые модели рельефа (SRTM, Copernicus и др.) для обнаружения и идентификации археологических объектов. Наиболее качественные результаты на предполевом этапе исследований получаются при комбинировании различных типов данных дистанционного зондирования и ГИС-моделирования.

📖 Данилов В. А., Морозова В. А., Федоров А. В., Шлапак П. А. Открытые данные дистанционного зондирования для выявления археологических объектов // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Науки о Земле. 2024. Т. 24, вып. 3. С. 150-158. https://doi.org/10.18500/1819-7663-2024-24-3-150-158

#археология

Моделирование потока разреженного газа в воздухозаборнике спутника на сверхнизкой околоземной орбите

Коллектив ученых из МГУ провел моделирование течения разреженного газа внутри воздухозаборника космического аппарата на сверхнизкой околоземной орбите (высотой 120–150 км). Основная задача воздухозаборника — захватить часть набегающего потока и привести этот газ в состояние, пригодное для подачи в ионизационную камеру двигателя. Удалось установить зависимость компрессии газа в воздухозаборнике от геометрических параметров воздухозаборника, ориентации аппарата относительно набегающего потока и свойств материалов поверхности.

Исследования связаны с решением амбициозной задачи освоения сверхнизких орбит Земли, которая решается совместными усилиями физического факультета, механико-математического факультета и факультета космических исследований рамках Научно-образовательной школы МГУ “Фундаментальные и прикладные исследования космоса”. На сверхнизких орбитах космический аппарат испытывает заметное аэродинамическое сопротивление. Чтобы его компенсировать, требуется обеспечить двигатель необходимым количеством рабочего тела, то есть газом, который ионизируется, разгоняется и выбрасывается с огромной скоростью через сопло двигателя, создавая тягу.

“Мы рассмотрели вариант, когда рабочее тело для двигателя собирается прямо из набегающего потока. Для этого аппарат оснащается воздухозаборником, основная задача которого состоит в обеспечении необходимого потока и плотности газа в ионизационной камере двигателя. Мы указали на существующие в литературе принципиальные ошибки при моделировании таких течений, а также показали некорректность рассмотрения воздухозаборника в отрыве от следующих за ним элементов внутреннего тракта аппарата”, — рассказал Артем Якунчиков, доцент кафедры инженерной механики и прикладной математики механико-математического факультета МГУ.

Аэродинамическая задача решалась с помощью метода событийного молекулярно-динамического моделирования в трехмерной постановке. Набегающий поток описывался миллионами молекул, параметры которых соответствовали параметрам атмосферы на изучаемой высоте (140 км). Молекулы взаимодействовали с элементами конструкции аппарата, а также между собой. В результате такого моделирования были получены поля всех термодинамических параметров внутри воздухозаборника и в области предполагаемой ионизации, а также силы и тепловые потоки ко всем поверхностям. Это позволило сделать несколько практически значимых выводов о геометрических параметрах воздухозаборника, влиянии закона рассеяния молекул на поверхностях аппарата и угла атаки на компрессию и расход газа в таких системах.

Источник

📖 Yakunchikov, A., Kosyanchuk, V., Filatyev, A., & Golikov, A. (2025). Simulation of rarefied gas flow inside the satellite air intake in ultra-low Earth orbit. Acta Astronautica, 226, 102–112. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2024.11.041

#VLEO

🙏Благодарим, расположив в календарном порядке, телеграм-каналы, делавшие репосты и цитировавшие наши публикации в ноябре 2024 года:

• @gis_proxima
• @agrodt
• @solar_lunar
• @naukaidannye
• @rscc_rscc
• @sabakac
• @grishkafilippov
• @ykuthydromet
• @twrussia
• @UzbekistanTtransparentWorld
• @SCANEX_news
• @wind_vostok
• @IngeniumNotes
• @dobriy_ovchinnikov
• @militaryrussiaru
• @igce01
• @pozivnoy_kazman

Спасибо, коллеги!