Гелиогеофизические исследования в Арктике: сборник трудов всероссийской конференции, Мурманск, 19-23 сент. 2016г. Апатиты, 2016.

«Гелиогеофизика в Арктике». Труды всероссийской конференции, Апатиты, 19-23 сентября 2016, с. 30-33. © Полярный геофизический институт, Российская Академия наук, 2016 КИНЕТИКА МЕТАСТАБИЛЬНОГО МОЛЕКУЛЯРНОГО АЗОТА НА ВЫСОТАХ ВЕРХНИХ АТМОСФЕР ПЛАНЕТ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ А.С. Кириллов1, Р. Вернер2, В. Гинева2 1Полярный геофизический институт, г. Апатиты, Россия 2Институт космических исследований и технологий БАН, г. Стара Загора, Болгария Аннотация. Молекулярный азот является основной составляющей атмосфер Земли, Титана, Тритона, Плутона. При взаимодействии солнечных фотонов, высокоэнергичных электронов и протонов, фотоэлектронов с атмосферами указанных планет значительная доля вносимой энергии трансформируется в энергию электронного возбуждения молекул N2. В рамках квантово-химических приближений проведен расчет скоростей гашения электронно-возбужденного азота N2(A3L,,+) при неупругих взаимодействиях с молекулами N2, СО, входящими в состав атмосфер планет Солнечной системы. Показана важная роль межмолекулярных процессов переноса электронного возбуждения при столкновениях молекул азота и угарного газа в атмосфере Титана (спутника Сатурна) при прохождении потоков фотоэлектронов через атмосферу. Abstract. Molecular nitrogen is the main component in the atmospheres of Earth, Titan, Triton, Pluto. Significant part of the energy of solar photons, high-energetic electrons and protons, photoelectrons transforms in the energy of electronic excitation of N2 molecules in interactions with the atmospheres. Applying quantum-chemical approximations we have calculated the quenching rates of electronically excited nitrogen N2(A3LU+) in the inelastic interactions with N2 and CO molecules presenting in the atmospheres of planets of Solar system. It is shown that intermolecular processes of electron energy transfers play important role in the interaction of molecules of nitrogen and carbon monoxide in the atmosphere of Titan (Saturn satellite) during a penetration of photoelectron fluxes in the atmosphere. Введение Молекулярный азот является основной составляющей атмосфер Земли, Титана, Тритона, Плутона. Взаимодействие высокоэнергичных магнитосферных частиц, солнечных ультрафиолетовых фотонов, космических лучей с атмосферными газами с последующей ионизацией приводит к образованию потоков вторичных электронов в атмосферах планет [Campbell and Brunger, 2016]. Образованные вторичные электроны обладают достаточной энергией, чтобы возбуждать молекулы азота N2 в различные триплетные состояния во время неупругих взаимодействий: е + N2(X‘Sg+,ѵ=0) -+ N2(A3Eu+,B3n g,W3Au,B,3І Ц~С3Пи,ѵ>0) + е (1) Излучение полос Ву-Бенеша (Wu-Benesch), послесвечения (Afterglow), второй положительной системы (2PG) и первой положительной системы (1PG) при спонтанных излучательных переходах N2(W3A u , v ) -►N2(B3n g,v') + hvWB (2а) N2(B'V , v ) - N2(B3n g,v') + hvAG (26) N2(C3n u,v) — N2(B3n g,v') + hv2PG (2 b ) N2(B3n g,v') -> N2( A V , v ") + hv1PG (3) ведет к тому, что энергия электронного возбуждения в конечном итоге аккумулируется на колебательных уровнях нижнего триплетного состояния А І„+. Коэффициенты Эйнштейна для дипольно-разрешенных переходов (2а-в,3) имеют высокие значения [Gilmore et al, 1992], поэтому излучение полос молекулярного азота эффективно на высотах верхних атмосфер планет, где N2присутствует в достаточных количествах. Если сравнивать время жизни состояния А3£ц+с временами жизни остальных четырех триплетных состояний, то оно имеет достаточно большое значение (~1 s) [Gilmore et al, 1992], поэтому столкновительные процессы играют решающую роль в населенностях уровней А3Х„+состояния уже при давлениях больше ~10~3Па. Таким образом, кинетические исследования А3Е„+ состояния должны учитывать и межмолекулярные, и внутримолекулярные процессы переноса энергии возбуждения, связанные с данным состоянием. Исследования кинетики триплетных состояний молекулярного азота в верхних атмосферах планет, где N2 является доминирующим газом, проводились в [Bhardwaj and Jain, 2012; Campbell et al., 2007, 2010; Cartwright, 1978; De La Haye et al., 2008; Jain and Bhardwaj, 2015; Kirillov, 2008, 2010; Lavvas et al., 2015; Morrill and Benesch, 1996]. Более того, было показано, что метастабильная молекула азота играет существенную роль в колебательной кинетике N2 [Aladjev and Kirillov, 1995; Campbell et al., 2006; iMvvas et 30