ليدار كمومي يلتقط لمعان البلورات الجليدية ✛
السحب الجليدية تتقن التظاهر بأنها مائية. يرسل الليدار الساتلي نبضة ليزر قصيرة نحو الأسفل ويلتقط الانعكاس. إذا كانت هناك صفائح جليدية مسطحة معلقة أفقيًا في السحابة، فإنها تعمل كمرايا صغيرة: الضوء يرتد إلى الخلف دون خسائر تقريبًا. بالنسبة للجهاز، تبدو هذه الومضة تمامًا مثل الانعكاس من قطرات الماء. عندها يختل تصنيف طور السحابة — هل هي جليد أم ماء.
الليدار الكمومي هنا يعمل كموالف يسمع فقط النغمة النقية وسط ضجيج الأوركسترا. المستقبل التقليدي يجمع كل الضوء العائد من السحابة: الاستجابة المرآوية من البلورات، والتبعثر المنتشر من القطرات، والخلفية المعاد انعكاسها عدة مرات. مصنّف الأوضاع البارامتري الكمومي (QPMS) يعمل بشكل مختلف. في دليل موجي مع بلورة غير خطية، يندمج الفوتون الإشعاعي مع فوتون المضخة مولّدًا فوتونًا بتردد مضاعف. هذه العملية تكون فعالة فقط لوضع زمكاني واحد — وهو الوضع المطابق للانعكاس المرآوي الأحادي. كل شيء آخر يُستبعد. هكذا تُعزل النوتة الوحيدة المطلوبة من بين الضجيج.
تظهر الحسابات: للكشف الموثوق (الفرق المعياري للمتوسطات، SSMD، يساوي 2) يتطلب الليدار الكمومي قدرة أقل من الليدار التقليدي إذا كان العاكس أكبر من حوالي 50 ميكرومتر. عند هذا الحجم تصبح الميزة ملموسة. التبعثر المتعدد من الليدار التقليدي يضر أكثر من إشارته المرآوية نفسها، لأنه يتوزع على أوضاع عديدة. تشتت الغلاف الجوي لنبضات مدتها 200 بيكو ثانية يُعوض بالكامل تقريبًا بأخذ زمن المجموعة في الاعتبار — وهذا يعني أن النبضة القصيرة لا تنتشر وتفقد شكلها في الطريق إلى السحابة والعودة.
سابقًا، كان الليدار الساتلي يخلط بين السحب الجليدية والمائية، وكانت الخوارزميات تصحح النتيجة إحصائيًا فقط. الآن ثبت أن الليدار الكمومي مع انتقاء الأوضاع يمكنه عزل المكون المرآوي للإشارة بقدرة أقل من الليدار التقليدي. تم ذلك من خلال نموذج نظري لتحويل التردد الكمومي مع مراعاة تشتت الغلاف الجوي والضوضاء، ثم حساب إحصاءات الكشف. مثل هذا النظام سيكون مفيدًا لمعايرة بيانات الليدارات الفضائية عند تحديد طور السحب، خاصة في المشاهد المختلطة ومتعددة الطبقات حيث تفشل الطرق التقليدية.
أمامنا تجربة مختبرية مع دليل موجي QPMS وهدف نموذجي يحاكي الانعكاس المرآوي من البلورات الجليدية. ثم يجب تقييم تأثير الاضطراب الجوي والاستقطاب على كفاءة الانتقاء. إذا تأكد المفهوم، ستظهر أداة للتقييم المباشر لنسبة البلورات الموجهة أفقيًا. وهذه خطوة نحو نماذج مناخية أكثر دقة ونحو قياس الارتفاعات الدقيق في الأوساط العكرة، حيث من المهم استبعاد التبعثر المتعدد. الموالف يصعد إلى المسرح.
البلورات الجليدية الموجهة أفقيًا في السحب الرقيقة يمكن أن تعكس الضوء مثل عدد لا يحصى من المرايا الصغيرة، مما ينتج ومضات ساطعة تُرى حتى من الأرض.