Коллектив исследователей Института прикладной физики Российской академии наук (ИПФ РАН, Нижний Новгород) совместно с учеными из Университетского колледжа Лондона представил инновационный подход, значительно повышающий точность климатических прогнозов. Ключевая роль в этом прорыве принадлежит Николаю Зобову — ведущему научному сотруднику ИПФ РАН.
Основы нового метода: молекулярная спектроскопия и атмосфера
В центре разработки лежит совершенное вычисление спектральных характеристик легких молекул, на которых строится не только прогноз погоды, но и глубокий анализ состояния атмосферы. Благодаря новому методу стало возможным рассчитывать спектры сложнейших движений молекул, среди которых вода (H2O), углекислый газ (CO2), озон (O3), аммиак (NH3), синильная кислота (HCN), перекись водорода (H2O2), которые ранее было невозможно измерить всеми существующими способами. Перечни спектральных линий таких молекул охватывают миллионы позиций. Качество и точность расчетов подтверждены мировой научной экспертизой, а списки включены в открытые базы данных спектроскопии.
Важность для глобальных и прикладных научных задач
Одним из самых значимых направлений современной молекулярной спектроскопии остается составление сложных списков линий поглощения малоатомных молекул. Эти списки — незаменимый инструмент как для климатологов, так и для специалистов по мониторингу чистоты атмосферы. Современные спутники (MIPAS, OCO-2, SCIAT-1, ENVISAT и др.) и будущие миссии (например, TEMPO-8) предъявляют к данным по атмосферному поглощению очень высокие требования. Именно для расшифровки спутниковых данных, моделирования климата и отслеживания состояния атмосферы, нужны базы, наполненные точной спектральной информацией о молекулах.
Исследования экзопланет и атмосфер других миров
Новый метод имеет впечатляющее значение не только для Земли: для изучения экзопланет и планет Солнечной системы используются уникальные базы спектроскопических данных, такие как ExoMol. Для успешного моделирования и анализа атмосферы при экстремальных температурах необходимы тщательно просчитанные списки молекулярных линий. В областях астрономии и поиска жизни на других планетах активно используются спектры не только привычных компонентов (N2, O2, CO2, H2O, O3), но и аммиака, метана, оксидов азота и прочих соединений, а для экзопланет — экзотических молекул, вроде фосфина, ацетилена, этилена и других веществ с числом атомов до пяти-шести.
Мировое значение российско-британских разработок
Коллектив ИПФ РАН и Университетского колледжа Лондона создал эффективный вычислительный алгоритм, который реализован на мощных суперкомпьютерах. Эта технология позволяет рассчитывать спектры даже тех молекул, данные о которых недоступны и не поддаются экспериментальному выявлению. Прогрессивный характер исследований не только расширяет научную карту Солнечной системы и экзопланет, но и позволяет с новым уровнем надежности прогнозировать изменение климата на нашей планете, анализировать источники загрязнения и разрабатывать способы поддержания благоприятной среды.
Оптимистичный взгляд в будущее
Совместные открытия отечественных и зарубежных ученых воодушевляют будущих исследователей и уже сейчас активно внедряются в мировую практику. Интеграция новых данных по спектрам молекул в международные базы открывает широкие возможности для ученых ряда стран, создавая условия для обмена знаниями и роста научного потенциала. Новый метод — не просто технологический рывок, а вклад в устойчивое развитие, сохранение климата и поиск жизни в глубинах Вселенной.
