Приборы и методика геофизического эксперимента : сборник научных трудов / Рос. акад. наук, Кол. науч. центр, Поляр. геофиз. ин-т. – Мурманск : [б. и.], 1997. – 166 с.

Техника и методика геофизического эксперимента ©Кольский научный центр РАН, 1997 г. Полярный кшя/ЫЦ геофизический Ч-У У институт ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ НЕЙТРАЛЬНОГО ГАЗА В ТЕРМОСФЕРЕ С ПОМОЩЬЮ ИНТЕРФЕРОМЕТРА ФАБРИ-ПЕРО Н . Н. Богданов Полярный геофизический институт КНЦ РАН Кинетическая температура нейтрального газа в термосфере может быть определена по допплеровскому уширению спектральных линий, так как полуширина линии (8Х) и температура (Т) связаны уравнением [1]: 8Л.=7,18-10-7Хо (Т/М)05, где Ко - длина волны, соответствующая центру линии, М - атомный вес. Для измерения температуры на высотах 100-150 км обычно используется линия кислорода 557,7 нм из-за двух причин. Во-первых, эта линия имеет большую интенсивность и находится в наиболее доступном интервале длин волн. Во-вторых, время жизни атомов в состоянии O('S) около 0,7 с, а частота столкновений на данных высотах от 103до 10 с-1, поэтому атомы возвращаются в тепловое равновесие прежде, чем излучат, даже если при возбуждении произошло изменение скоростей [2]. Температуры на высотах 100-150 км имеют величины от 200 до 700 °К [3, 4, 5], а это значит, что полуширина линии 557,7 нм будет иметь значения от 0,014 до 0,04 А. Для регистрации контуров такой величины необходимы приборы высокой разрешающей силы, например, интерферометры Фабри-Перо (ИФП). Как известно, контур спектральной линии при прохождении через прибор подвергается влиянию различных аппаратурных факторов, искажающих его истинную форму. На выходе прибора регистрируется контур Y(X), который представляет собой свертку функций источника излучения J(A) с аппаратной функцией А(Х): со Y(X) = j A ( r - X ) j ( r ) d V —со Известно, что скорости излучающих систем в термосфере в большинстве случаев имеют максвелловское распределение, при этом эффект Допплера приводит к гауссовскому контуру линий [6]: J(X) = Jo ехр[ -Мс- (Л.-Х.о)2/2кТХо2], где Jo - интенсивность в центре линии. Гауссовский контур можно наблюдать лишь в том случае, когда его полуширина существенно больше всех полуширин, обусловленных другими механизмами, поэтому, прежде чем измеренную ширину линии использовать для вычисления температуры необходимо убедиться, что допплеровский эффект имеет доминирующее значение в механизме уширения линии. Аппаратная функция идеального ИФП представляется выражением (функция Эйри): А(Х) = Ao/{l+4R/(l-R)2} sin2K(A.-b)/AA,], где Ао - интенсивность падающего света, R - коэффициент отражения зеркал ИФП, АХ = \oV2t, t - расстояние между пластинами. В действительности функция Эйри не описывает всех особенностей интерференционной картины. Реальная аппаратная функция ИФП представляет 103