Dispersion de brume, diffraction coronaire, etc.

Nous avons envisagé que la couche de brume entre 1500 et 2000 pieds, marquant peut-être le sommet de l'inversion locale plus faible, ait pu jouer un rôle en dispersant la lumière réfléchie. L'intensité lumineuse dispersée par les particules aérosol est sensible à l'angle d'incidence et à la taille de gouttelette. Nous avons ignoré la dispersion par la couche de brume lorsque nous avons considéré les rayons du soleil réfléchis depuis la mer ou les lacs, car dans ces cas la plupart des rayons auraient été incidents sur la couche à une large fraction de l'élévation de ~45° du soleil (relativement peu de points de scintillement spéculaires venant de capillaires seraient dirigés à un angle peu profond proche de 0°, avons-nous trouvé), et dans ces circonstances l'intensité dispersée vers l'avant près de 0° serait très faible, indépendamment de la taille des goutelettes. Mais les rayons du soleil réfléchis par le toit d'une serre avec un pitch peu profond de 23° seraient incidents sur le côté inférieur de la couche à un angle grazing, et l'intensité dispersée vers l'avant pourrait être relativement forte. Des effets possibles pourraient être d'adoucir et d'aggrandir la source lumineuse (le capitaine Bowyer a rapporté que les PANs, bien que brillants, n'étaient ni ébouissants ni fatigants pour les yeux), et/ou de produire une couronne de diffraction.

Une difficulté immédiate est que, observés aux jumelles, les PANs paraissaient très précisément définis aux bords. Une diffusion par une couche de diffusion devraient disperser et adoucir le reflet spéculaire, par l'affiner. Peut-être une zone de lumière suffisamment brillante pourrait-elle paraître précisément définie en surchargeant la rétine, faisant ainsi un champ plat ayant une découpe précise. Mais cet effet définirait une image éblouissante ou fatiguante, contrairement à ce qui fut rapporté. Le capitaine Bowyer remarqua que les PANs n'étaient suffisamment intenses pour causer des images rémanentes notables, même en utilisant des jumelles.

Nous devons alors faire avec le fait que les 2 PANs ont été observés, identiques à tous égards à l'exception des taille et position/mouvement angulaires. Une possibilité est 2 niveaux distincts de brume, illuminés par des rayons de lumière dispersés pratiquement dans la direction de l'observateur depuis une source terrestre unique. Un pinceau étroit de rayons de lumière spéculaire se comportant comme un "rayon divin" inversé pourrait intercepter la couche la plus basse d'abord, avec de la lumière se diffusant hors du faisceau pour provoquer le morceau brillant le plus petit et le plus distant. Suffisamment de lumière pourrait toujours être transmis à la couche la plus haute afin de créer un morceau plus proche et plus gros légèrement d'un côté comme vu depuis le Trislander. Le mouvement latéral relatif pourrait alors être expliqué d'une manière très naturelle en termes de parallaxe : avec le temps la séparation se réduit. Lorsque la trajectoire de l'avion coupe l'angle de reflet les 2 points coïncident et finissent par se croiser l'un-l'autre.

Une variante plus simple de ce scénario expliquerait le petit PAN n° 2 comme la source elle-même, source d'un rayon de lumière visible spéculairement réfléchi directlement par des rayons off-axis tombant 1 degré ou 2 hors du cône étroit de brightest reflection, tandis que le cône de brightest reflection intercepte une couche de brume plutôt fine sous l'appareil à 2000 pieds causant un plus grand morceau décalé de lumière diffusée visible à la position du PAN n°1. Le PAN n° 2 apparut initialement 1 degré ou 2 à l'ouest du PAN n° 1, plus proche de l'azimut du soleil, suggérant un pinceau de rayons du soleil reflété vers l'avant à une élévation de quelques degrés depuis le bord d'un toit de Venlo orienté approximativement est-ouest et interceptant une couche de brume 1 degré ou 2 à l'est (gauche) de la source comme vu initialement depuis le Trislander.

Figure 30 - Tracé Mie delumière de 0,65 micron dispersée par une goutelette de 100 microns, montrant tous les processus de dispersion aproduit par MiePlot, propriété de Philip Laven
Fig.30. Mie plot of 0.65 micron light scattered by a 100 micron droplet, showing all scattering processes (produced by MiePlot, courtesy Philip Laven)

Un mérite de la théorie est qu'elle offre une explication possible à l'observation du capitaine Patterson depuis le Jetstream. Un pinceau de forts rayons du soleil interceptant la couche de brume se disperserait dans une certaine mesure dans toutes les directions. Il se pourrait bien que alors que la diffusion la plus efficace intervient près de la direction vers l'avant, des photons suffisants sont rétrodiffusés (même quelques pourcents d'une source lumineuse brillante pourraient être suffisants bThayer, G. D.: "Light Scattering by Aerosol Particles, Gilmor (ed), Scientific Study of Unidentified Flying Objects (rapport Condon), Vision Press, 1970, pp. 646-650) pour être visibles depuis le sud comme un morceau de lumière à la position triangulée du PAN n° 1.

Le résultat exact est très sensible à la taille et la nature des particules, mais les composantes de la solution globale de dispersion Mie somme typiquement à un maximum de dispersion secondaire à 180 °, composé de différents pics de rétro-dispersion à des angles plus petits dûs à différents processus de dispersion. Par exemple le graphique en figure 30 (produit par le programme Mieplot écrit par Philip Laven) montre que la dépendance de phase de la dispersion à partir de goutelettes de 100 microns, où il est notable que le 1er et principal mode de rétro-dispersion, p=2 (courbe rouge, une réflexion interne, qui est la même trajectoire responsable des arc-en-ciels primaires), devient significative à des angles supérieurs à environ 140 ° avec des fluctuations d'ordre de magnitude s'ammortissant vers 180 ° (100 microns est probablement grand, mais indicatif).

Ce type d'effet pourrait correspondre à notre position triangulée du PAN n° 1 (figure 7). Initialement à ~14:13 le capitaine Patterson est incapable de voir quoi que ce soit dans la zone indiquée. Il est à ce moment autour de 160 ° d'orientation par rapport à l'angle d'incidence hypothétique, et aussi seulement à 12,5 miles nautiques environ de la position hypothétique à ~6500 pieds, donc ~4500 pieds au-dessus de la brume, regardant le volume de dispersion à un angle de dépression de ~3,5 °. A 14:14:43 lorsqu'il signale un contact visuel il est à 17,5 miles nautiques de distance et descendu à ~4000 pieds, plus proche de la brume et voyant maintenant le volume de dispersion depuis ~140 ° à un angle de dépression de seulement ~1,1 ° qui se réduit. Il semble possible que la relation changeante compliquée entre la course du Jetstream et les pics et nuls dans le diagramme de phase, qui interviendrait as family of cones centred on the axis of specular reflection, pourrait faire apparaître un morceau de lumière uniquement par intermittence. Mais lorsque nous calculons les angles d'élévation visuelle depuis le Trislander 1 En utilisant ici une approximation de Terre plate puisque les distances les plus grandes ne sont que de 60 % environ de la distance d'horizon de la terre et que ce sont les élévations relatives qui nous intéressent ici. ce modèle ne fonctionne pas si bien que çà.

Nous trouvons que depuis la position de la 1ère observation à 14:06Z une source sur Guernesey et un morceau de brume du PAN n° 1 à 2000 pieds seraient tous les 2 à un angle de dépression de ~1,0 °. On peut imaginer que l'angle d'azimut pourrait aussi coïncider, auquel cas la source (PAN n° 2) pourrait être localisé directement dans l'axe de vision derrière le PAN n° 1. Cet axe de vision commun résiderait par définition le long du pic d'intensité du reflet. Une parallaxe changeante durant l'approche pourrait faire émerger la source en vision directe, son image secondaire devenant intrinsèquement plus terne (l'axe de vision d'observation quittant l'angle de reflet le plus intense), mais dans le même temps devenant plus grand, à mesure que la zone angulaire du flux par unité augmente comme l'inverse du carré de la distance au volume de dispersion qui se réduit. Nous pouvons peut-être ainsi expliquer pourquoi le PAN n° 2 est pas vu avant plus tard et pourquoi le PAN n° 1 reste brillant lorsqu'il est vu hors-axe.

Mais nous ne pouvons pas expliquer pourquoi le PAN n° 2 est alors apparu au-dessus du PAN n° 1 (voir figure 4 & annexe B). Il apparaîtrait tout le temps en-dessous, et au moment de la dernière observation à 14:18Z nous trouvons que alors que l'image projetée la plus proche (ex hypothesi, PANn° 1) apparaitrait à un angle de dépression d'environ -0,2 °, la source sur Guernesey (le PAN n° 2 plus petit) serait à environ -0,7 °, ou 0,5 ° sous le PAN n° 1. Ceci est l'opposé du comportement observé 2 Un mirage supplémentaire aurait-il pu avoir inversé et transposé (inversion inférieure) les images des projection de la source et de la projection de brume ? Ceci implique un croisement de rayons (parce que le gradient d'indice réfractif est bien plus grand dans la partie inférieur d'une couche de mirage) dans les ~12-21 miles nautiques entre les positions du morceau de brume du PAN n° 1 et le Trislander. Mais pour que ce croisement de rayons inverse les 2 images nous avons besoin d'une réfraction différentielle égale à (~0,5° + la séparation verticale observée de ~0,3 °) = 0,8 °. Cette différence dans les réfractivités au-dessus des 2 trajectoires est à l'évidence la réfractivité vraie minimum anormale produite : à moins que la réfractivité anormale sur l'une des 2 trajectoires adjacentes soit de 0 (ce qui n'est pas physiquement réaliste), la réfractivité vraie maximum de la couche nécessaire doit être significativement plus grande que ceci, i.e.,>>1,0 ° à l'observateur. Dans 12 miles nautiques (22 km) avec un grandient de capture de 33”/km nous pouvons avoir une réfraction totale de 12 arcmin. Nous avons donc certainement besoin de >5 fois la réfraction produite par un fort conduit (de capture) optique de 33"/km entre Guernesey et le Trislander. Il n'existe pas de cas météorologique de quelque sorte que ce soit pour une telle atmosphère extraordinaire..

En réduisant l'altitude de la couche de brume à environ 1200 pieds, nous pouvons réduire l'élévation visuelle attendue du PAN n° 1 vers une coïncidence avec le PAN n° 2 ; mais nous trouvons qu'il reste impossible de faire apparaître le PAN n° 1 sous le PAN n° 2 comme rapporté sans faire tomber le volume de dispersion de la brume jusqu'à aussi peu que ~600 pieds. Ceci n'est probablement pas cohérent avec les observations ni la météorologie. Et nous avons introduit le problème supplémentaire d'expliquer l'identité visuelle lors de l'inspection aux jumelles (en termes de forme détaillée, précision et brillance) d'un reflet spéculaire direct et de son reflet secondaire dans un morceau de brume bien éloigné. Cela semble irréaliste.

Nous adoptons donc l'hypothèse plus compliquée de 2 images de brume séparées co-altitudinales causées par une ou des sources de reflet non vues. Dans ce cas nous pouvons faire rester le PAN n° 2, plus éloigné et angulairement plus petit, au-dessus du PAN n° 1 tel qu'observé (sans gradients d'indice réfractif non-physique), et nous pouvons toujours potentiellement expliquer l'absence initiale de détection du PANn° 2 puisque bien que la différence d'angle d'élévation n'est pas 0, elle est réduite, de l'ordre de 0,1 °. On peut imaginer que la luminosité du PAN n° 1 plus grand et plus brillant a innondé le PAN n° 2 adjacent, et magnétisé l'attention, jusqu'à ce que l'angle de séparation verticale ait grandit durant l'approche d'un facteur 4 à ~0,4 ° à ~14:13.

Mais cela soulève d'autres questions : quelle est la chance que 2 sources différentes (elles-mêmes non vues même si ex hypothesi proches de l'axe de vision 3 Nous avons auparavant considéré un unique pinceau de rayons solaires réfléchis depuis une seule source et interceptant 2 couches de brume empilées en succession - une source absente serait certainement plus facile à expliquer que 2. Mais il ne serait alors pas possible pour les 2 PANs d'être co-altitudinaux. Ils sont alignés sur le même axe optique provenant de Guernesey, avec le même problème d'élévation relative que nous avons cherché à éviter en les rendant co-altitudinaux en premier lieu : le PAN n° 2 peut à nouveau ne pas paraître cohérent au-dessus du PAN n° 2 comme observé à moins que les 2 couches de brume physiquement séparées soient proches l'une de l'autre, et/ou à une altitude si basse qu'elle entre en conflit avec l'observation comme avec la raisonnabilité météorologique.) satisfassent simultanément, pour le même observateur, et de manière persistante, les conditions de ce qui doit être une géométrie de reflet rare (jamais vue auparavant) ? Quelle est la probabilité que ces sources aient toutes les 2 produit des morceaux de lumière dispersée aux formes de cigare étroit identiques ? On peut imaginer que les 2 pinceaux de rayons spéculaires quasi-collimatés frappent une couche de dispersion qui soit physiquement très fine, de sorte que toute zone arbitraire d'illumination vue à un angle peu profond tendra à avoir l'air longue et étroite. Mais même ainsi, comment pourrions-nous expliquer que les 2 images présentent une bande verticale gris graphite identique à la position correspondante ?

Un autre facteur que nous avons considéré dans le scénario de diffusion de brume fut la diffraction coronaire. Des rayons du soleil réfléchis spéculairement à un angle faible dans la brume seront diffractés à travers un angle de dispersion faible dépendant de la taille des goutelettes. Cet angle doit être suffisamment grand pour expliquer la persistance des PANs brilliants durant la rotation de l'AV des observateurs. La rotation due uniquement au mouvement suivi par radar du Trislander est au moins à 10 ° par rapport à la localisation de brume diffusant à l'avant du PAN n° 1 4 5° par rapport à une source non vue (ex hypothesi) sur Guernesey.. Une couronne pourrait-elle rester brillante sur un angle de dispersion si grand ?

Ce n'est en aucun cas certain. Des ratios typiques de l'intensité entre le pic forward scattering lobe à 0° et le premier null dans le motif de diffraction peut être de 2, 3 ou même 4 ordres de magnitude, et le 1er sidelobe peut être à peu près de l'ordre de magnitude sous le pic. L'angle du 1er sidelobe sera inversement proportionnel à la taille de goutelette/particule, donc nous pouvons choisir une petite goutelette pour élargir l'angle du peak lobe 5Des profils de dispersion peuvent être modélisés en utilisant MiePlot v3501.exe, IRIS ou des applications semblables de Guernesey) one is bound to se demander si ce mécanisme est capable de délivrer la brillance quasi-spéculaire des images observées.. Des diamètres de l'ordre de 100 microns produisent un peak lobe brillant et étroit proche de 0°, mais ils sont probablement trop grands pour rester dans une brume suspendue de ce type. Une goutelette de 10 microns produit un peak lobe d'environ 1° de rayon, a first null à environ 2 ° et un lobe coronaire à environ 3 °, qui est orienté dans la bonne direction. Une goutelette de 5 microns augmente le rayon du 1er null à au-delà de 4° environ, et peut commencer à accommoder la rotation nécessaire d'AV. Mais dans le même moment l'intensité dispersée est inversement proportionnelle à l'angle de dispersion, et à 5 microns est maintenant relativement très faible. Etant donnée l'inefficacité inhérente des conditions de visualisation hors-axe nécessaire et la fine brume (ayant une opacité insuffisante pour masquer l'île de Guernsey) on est à la limite de se demander si ce mécanisme est capable de délivrer la brillance quasi-spéculaire des images observées.

Figure 31 - Angle de dispersion par rapport à l'intensité pour goutellettes de 70 micron illustrant une explication possible des "bandes noires" observée sur les PANs. Courbe de 5 micron montrée pour comparaison MiePlot
Figure 31 - Angle de dispersion par rapport à l'intensité pour goutellettes de 70 micron illustrant une explication possible des 'bandes noires' observée sur les PANs. Courbe de 5 micron montrée pour comparaison

Mais si la diffraction coronaire joue un rôle il est naturel de se demander si les bandes sombres pourraient être expliquées par des nuls dans un anneau de diffraction autour d'une source brillante. Dans ce cas nous faisons des demandes différentes sur la taille de goutelette. L'aérosol de 5 microns avec son premier null coronaire à ~4 ° est d'aucun secours dans ce but puisque la largeur angulaire des images de PAN était généralement plus petite que 1° environ avec les bandes sombres de l'ordre de 0,1 °, donc avec une brume de 5 microns le nul lui-même constituerait une gradation douce comparable en largeur à l'image entière. Avec une goutelette plus grande nous pouvons produire un nul plus précis et plus fin. La figure 31 ci-contre illustre la position du 1er nul dans une couronne de 70 microns.

Mais cette théorie implique une certaine sélection très fortuite. Les rayons réfléchis devraient juste se trouver être interceptés par un morceau isolaté de brume légèrement décalé de l'axe optique de manière à sélectionner un fin segment du côté droit de l'observateur the first annular null, de sorte qu'il apparaisse à 2/3 de la longueur le long de la tranche de la couronne. Quelle est la probabilité que ce hasard arrive par 2 fois avec 2 couronnes assez séparées produites par 2 morceaux de brume séparés ? S'il est raisonnable pour une brume de ce type de contenir des goutelettes suffisamment grandes pour produire un motif de couronne suffisamment précis 6 Les noyaux de brume sèche (sels, poussière, pollen, etc.) sont typiquement des particules bien plus petites, < 1,0 micron. Dans des conditions d'humidité relative élevée elles s'étendent par déliquescence et l'épaisseur optique s'élève de manière appréciable. Les goutelettes résultantes peuvent être de taille arbitraire, devenant brume, brouillard, nuage ou précipitation. Les rapports dans ce cas indiquent "pas une brume de sel". Le capitaine Bowyer l'a décrit comme causé par du "mauvais air venu du continent", indiquant peut-être un mélange de smog pétrochimique (ozone, oxydes d'azote et hydrocarbone), poussières et pollens, qui enflent moins que les noyaux de sel. L'air au niveau de la brume parait très sec (section 5 & annexe D). Une faible taille de goutelette est suggérée, ce qui pourrait correspondre à une théorie de dispersion en supprimant la lumière du soleil dans les longueurs d'ondes bleue et vers le jaune transmises vers les teintes "jaunes" et même "oranges" rapportées. Cependant une taille de goutelette fine produirait une couronne bien trop grande pour ce que nous recherchons., cette nécessité de grande goutelette est dans tous les cas à nouveau en tension avec celle d'un angle de large dispersion. Notez aussi que le ratio de luminosités de lobe approche 100:1, et il n'est pas clair qu'un lobe petit, relativement très terne à la droite du nul répondrait à la description du témoin. Un point lié à garder à l'esprit est que le capitaine Bowyer insiste, plusieurs fois, sur les contours très précisément définis aux jumelles des 2 PANs.

Il nous a été suggéré que les bandes sombres ressemblent à des lignes spectrales de Fraunhoffer. Mais la seule raison pour laquelle les lignes spectrales sont appelées "lignes" est parce que des spectra sont faits pour faire apparaître de cette forme par la manière dont les spectrographes de prisme sont faits, i.e. la lumière entre par une mince fente. En d'autres mots la régularité de "lignes d'un spectre" séparées est un artefact de l'instrument et ne pourrait pas intervenir dans ce cas 7 En nature l'instrument équivalent est généralement une goutelette individuelle et si vous examiniez son spectre suffisamment de près vous pourriez voir des bandes d'absorption de Fraunhoffer - bien qu'elles ne ressembleraient pas à des "lignes" à travers un spectre linéaire. Dans le cas de nos PANs l' "instrument" devrait produire une symmétrie dont l'axe est linéaire horizontal afin de séparer les longueurs d'onde spectrales latéralement et afficher une "ligne d'absorption" verticale. La diffraction est un cas semblable. Si vous avez une grille de diffraction vous pouvez obtenir des lignes régulières à partir d'une source lumineuse en forme de ligne en orientant la grille régulière correctement, mais généralement parce qu'il n'y a aucune fente cela ne fonctionne qu'avec des sources ponctuelles et alors vous avez des spectres de diffraction avec une symmétrie rotationnelle de 90 °. Mais la diffraction par un ensemble aléatoire de particules d'un nuage ou assimilé ne pourrait pas produire une quelconque symmétrie linéaire ordonnée, au lieu de cela vous obtiendriez les produits de diffraction chaotiques superimposés d'un milliards de particules différentes. De petites variations orientées au hasard dans l'IR causent une errance continuelle des trajectoires de rayons dans un air turbulent et cela cause une scintillation, mais à nouveau la distribution de l'IR est aléatoirement chaotique quant à l'axe de vision. Egalement, la coloration dans ce cas est décrite comme un champ plat, bien plus comme le spectre solaire mélangé. Aucun indice de longueurs d'ondes séparées. Les bandes d'absorption sont très minces par rapport même aux bandes de couleur séparées au sein desquelles elles se trouvent..

En résumé, certaines caractéristiques de la théorie de dispersion par la brume sont attirantes. Etant donnés des rayons solaires rétrécis à partir de sources de reflet spéculaire sur Guernesey nous pouvons localiser 2 phénomènes lumineux distincts (2 régions de dispersion sur la couche de brume) à une altitude au-dessus de la mer approximativement dans les zones apparemment triangulées par les observations. Et contrairement aux théories de réfraction de mirage ceci peut potentiellement expliquer les mouvements horizontaux relatifs des PANs en termes de parallaxe. Il est aussi possible en principe qu'une lumière backscattered du même volume scattering puisse expliquer le morceau de couleur fainter observé à la position triangulée du PAN n° 1 par le pilote du Jetstream depuis le sud (le PAN n° 2 étant bien sûr à des miles plus au sud-ouest et hors de son champ de vision).

Mais d'autres caractéristiques - la brillance/persistance ; la précision des bords ; la forme identique dupliquée, y compris le détail de bandes gris graphite, intervenant (ex hypothesi) en 2 endroits à des miles de distance - ne sont pas facilement explicable par la dispersion de reflets de serres depuis une couche de brume. Nous notons aussi le fait qu'aucun phénomène ne serait-ce qu'un peu semblable à ceci n'a été vu auparavant par le capitaine Bowyer en 8½ ans et des centaines de vols sur cette même ligne aérienne dans toutes les conditions.

Plausibilité (0-5) : 3