Кинетика электронно-возбуждённых и колебательно-возбуждённых молекул в возмущённой атмосфере (1097577), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Первые спектральные наблюдения ночного свеченияверхней атмосферы Венеры были сделаны во время орбитальногодвижениялетательныхаппаратовВенера9иВенера10[Краснопольский и др., 1976]. Исходя из анализа полученного спектра,авторы заключили, что наблюдаемые эмиссии происходят из одной21молекулярной системы полос. Позднее в лабораторных экспериментах[Lawrence et al., 1977; Slanger, 1978] было показано, что спектр полос всвечении ночного неба Венеры и прогрессия 0v' системы Герцберг II(c1uX3g) молекулярного кислорода, излучаемая в O2HeCO2лабораторном разряде, идентичны.В третье главе скорости гашения синглетного молекулярногокислородаO2(b1g+,v=015)N2(X1g+,v=04),встолкновенияхCO(X1+,v=04)смолекуламиO2(X3g,v=04),былирассчитаныаналогично согласно аналитическому выражению, основанному наприближенииРозена-Зинера.Расчетвключалэлектронно-колебательные (EV) процессы переноса энергии, когда O2(b1g+)молекула переходит в O2(a1g), а у молекулы-мишени происходитдополнительное колебательное возбуждение у основного состояния.Расчет скоростей гашения O2(b1g+,v) молекул углекислым газом CO2включал рассмотрение как электронно-колебательных (EV), так иколебательно-колебательных(VV)РассчитанныекоэффициентыO2(b1g+,v)+CO2показываютпроцессовгашенияхорошеепереносадлясогласиеэнергии.столкновенийсимеющимисяэкспериментальными данными как в зависимости от колебательныхуровней, так и от температуры.Коэффициенты гашения состояний Герцберга молекулярногокислорода O2(c1u,v=016), O2(A'3u,v=011), O2(A3u+,v=010) пристолкновениях с невозбужденными молекулами CO2, CO, N2, O2рассчитаны согласно аналитическим выражениям.

Расчеты показаливажную роль электронно-колебательных (EV) процессов переносаэнергии в гашении состояний.22Представленамоделькинетикиэлектронно-возбужденныхмолекул О2(c1u,v), О2(A'3u,v), О2(A3u+,v) на высотах нижнейтермосферы и мезосферы Земли с учетом процессов переносаэлектронного возбуждения при молекулярных столкновениях. Модельиспользуется для расчета относительных населенностей О2(A3u+,v) иО2(A'3u,v) на высотах 80-110 км. Проведено сравнение рассчитанныхнаселенностейсрезультатамиимеющихсявлитературеэкспериментальных оценок и получено хорошее согласие.

Показановлияние роста скоростей гашения kО рассмотренных состояний атомамикислорода на результаты расчета (рис.6).1.5A uНаселенность3Рис.6.РассчитанныеколебательныхA3u+1.0внаселенностиуровнейнижнейсостояниятермосфереимезосфере при kО=11011, 31011,101011 см3с1 (сплошная, штриховая0.5иштрих-пунктирнаясоответственно)0.002468Колебательные уровнисравниваютсяэкспериментальными10линиисоценками[Stegman and Murtagh, 1988] (кружки)и [Slanger et al., 2004] (крестики).Рассчитаны относительные населенности O2(b1g+,v=120) на высотах80-110 кмс учетом гашения электронного возбуждения приспонтанных излучательных процессах и неупругих столкновениях ссоставляющими О2, N2, О.

Проведено сравнение рассчитанныхнаселенностей с результатами экспериментальных оценок для v=115,выполненных с помощью телескопа Keck I (рис.7). Расчет сделан для23двух наборов kО21+констант гашения состояния b gмолекулойкислорода при Т=300 и 200 К. Показано, что бимодальное поведениеизмеренных интенсивностей свечения полос Атмосферной системы,полученноевизмерениях,объясняетсяособенностямигашенияO2(b1g+,v) невозбужденными молекулами кислорода.Рис.7.

Рассчитанные населенностиНаселенность100колебательных1уровнейv=120+состояния b g для двух значений10-1kО при Т=300 и 200 К (сплошная210-2линия и штрихи, соответственно)сравниваются051015Колебательные уровни20сэксперименталь-ными оценками [Slanger et al., 2000](квадраты).Рассчитанные константы гашения состояний c1u, A'3u, A3u+используютсяпримоделированииколебательныхнаселенностейсостояний Герцберга в верхних атмосферах Венеры и Марса, гдедоминирует углекислый газ.

Результаты расчетов показали, что учетзапрещенного по спину EV взаимодействия O2(A'3u,v) с CO2молекулами может привести к лучшему согласию со спектральныминаблюдениями с летательных аппаратов Венера-9 и Венера-10 иданными лабораторных экспериментов (рис.8).24Относительные населенностиРис.8. Рассчитанные колебательные102населенноститрехсостоянийГерцберга с учетом запрещенного100поспинуEVвзаимодействияO2(A'3u,v) с CO2: c1u (сплошнаялиния),10-20A'3u(штрихи),A3u+(штрих-пунктиры).2 4 6 8 10 12 14 16Колебательные уровниГлава 4. Электронно-возбужденные молекулы азота и кислорода ввысокоширотной верхней атмосфереНа основании предложенной модели электронной кинетикитриплетных и синглетных состояний N2 проведен расчет населенностейколебательных уровней состояний A3u+, B3g, W3u , B'3u и a'1u,a1g, w1u молекулярного азота для условий ионосферы Земли во времявторжения в атмосферу высокоэнергичных авроральных электронов.Было показано, что для высот нижней термосферы и мезосферыстолкновительные процессы вызывают повышение населенностейвысоких колебательных уровней A3u+ состояния с ростом атмосфернойплотности.

Такое поведение A3u+ состояния коррелирует с поведениемB3g состояния, что в свою очередь приводит к изменению цветанижнегокраяаврорытипаБзасчетперераспределениявинтенсивностях полос первой положительной системы.Впервыепоказано,чтораспределениенаселенностейколебательных уровней v=06 состояния a1g в авроральной ионосференезначительно изменяется с ростом атмосферного давления (рис.9).Связано это с тем фактом, что в воздухе доминирующим агентом впроцессах гашения является молекулярный кислород (а в ионосферееще и атомарный кислород), который служит стабилизатором данногораспределениянаселенностей.Этотрезультатуказываетнаприблизительное постоянство соотношения интенсивностей эмиссийполос системы Лаймана-Бирджа-Хопфилда молекулярного азота N2 ввоздухе при различных атмосферных давлениях.

Возможно, что этотфакт может быть использован при диагностике атмосфер планет и ихспутников, атмосфера которых состоит в основном из молекул азота.СоотношениеинтенсивностиполоссистемыЛаймана-Бирджа-Хопфилда при вторжении в атмосферу высокоэнергичных частиц(скажем, например, из солнечного ветра) будет зависеть как отсоотношения концентраций других примесей с концентрацией N2, так иОтносительная населенностьот энергии вторгающихся в атмосферу частиц.1.6Рис.9.1.4населенностей колебательных уровней1.2v=06 состояния a1g в авроральной1.0рассчитанныхионосфере для высот 130 и 104 км0.8(сплошная0.6ипунктирнаялинии,соответственно) с расчетами [Eastes0.4and Dentamaro, 1996] для высот 130 и0.20.0Сравнение012345Колебательные уровни6104 км (квадраты и треугольники,соответственно).

Экспериментальныеоценки – [Eastes and Sharp, 1987](звезды),[Meieretal.,1982](крестики).Также получено, что молекулярные столкновения метастабильногоазотаN2(A3u+)сO2доминируют26вэлектронномвозбуждениимолекулярного кислорода O2(X3g–) в состояния Герцберга c1u, A3u,A3u+ в авроральной нижней термосфере и мезосфере. Подобные расчетыколебательных населенностей синглетных состояний a1g and b1g+показали,чтоимеетсязначительноевлияниеN2(A3u+)+O2взаимодействий на населенности высоких уровней этих состояний.Глава5.Влияниеколебательнуюэлектронно-возбужденныхкинетикуэтихмолекулнаN2ивысотахO2нанижнейтермосферы и мезосферы во время авроральных электронныхвысыпанийКоэффициенты скоростей колебательного возбуждения молекулN2(X1g+) и O2(X3g) в процессах гашения электронно-возбужденныхмолекул N2(A3u+, B3g, W3u, В'3u, a'1u, a1g, w1u) и O2(a1g, b1g+,c1u, A'3u, A3u+) при столкновениях с молекулами N2 и O2 рассчитанысогласно квантово-химическим приближениям.

Применяя рассчитанныекоэффициенты для модели колебательной кинетики N2(X1g+) и O2(X3g),былаисследованарольнеупругихмежмолекулярныхивнутримолекулярных процессов переноса в образование колебательновозбужденных молекул на высотах нижней термосферы и мезосферы вовремя авроральных электронных высыпаний.Расчет колебательных населенностей (v'=230) X1g+ состояниямолекулы N2 на высотах нижней термосферы и мезосферы во времяавроральных электронных высыпаний показал доминирование трехпринципиальных механизмов: излучательные переходы с A3u+ и a1gсостояний для колебательных уровней v'>10, внутримолекулярныепроцессы переноса электронного возбуждения в N2(A3u+,v=05) + N227столкновениях для колебательных уровней v'=2530 и возбуждениеавроральными частицами для малых v'. При этом показано увеличениевклада столкновительных процессов с ростом плотности атмосферы.Расчеты показали, что переходы с двух синглетных a1g, b1g+ состояний итрех состояний Герцберга c1u, A'3u, A3u+ молекулярного кислорода засчетизлучательногоистолкновительногогашенияважнывколебательном возбуждении молекул O2(X3g,v'=237).В заключении сформулированы основные результаты работы.III.

Характеристики

Список файлов диссертации