Труды КНЦ (Естественные и гуманитарные науки вып.2/2023(2))

Научная статья УДК 681.3+533.951 doi:10.37614/2949-1185.2023.2.2.008 ВЛИЯНИЕ КОЛЕБАТЕЛЬНО-ВОЗБУЖДЕННОГО МОЛЕКУЛЯРНОГО АЗОТА НА ИНФРАКРАСНОЕ СВЕЧЕНИЕ ГАЗОВ Оз И N 2 O НА ВЫСОТАХ СРЕДНЕЙ АТМОСФЕРЫ ЗЕМЛИ Андрей Серафимович Кириллов1, Владимир Борисович Белаховский2 1 2Полярный геофизический институт, Апатиты, Россия 1https://orcid. org/0000-0002-0790-3195 2https://orcid.org/0000-0001-8994-4363 Аннотация Проведены расчеты концентраций №(Х%+, v' = 1) и интенсивностей свечения инфракрасных полос озона О 3 и закиси азота N 2 O на высотах 30-70 км средней атмосферы Земли при высыпании электронов с энергиями Е = 2, 4, 10 МэВ. Показано, что при заданном потоке релятивистских электронов 105 эл/см2сстер концентрации колебательно-возбужденного молекулярного азота №(XlZg+, v = 1) получаются порядка 105-106 см-3 на высотах 50-70 км средней атмосферы. Проведен расчет профилей свечения инфракрасных полос озона 4,7 и 9,9 мкм, а также инфракрасной полосы закиси азота 4,5 мкм для высыпания высокоэнергичных электронов с энергиями Е = 2, 4, 10 МэВ. Впервые показано, что колебательно-возбужденный азот №(XlEg+, v = 1) принимает активное участие в изменении инфракрасного баланса средней атмосферы в результате неупругих молекулярных столкновений с молекулами О 3 и N 2 O во время высыпаний высокоэнергичных электронов. Ключевые слова: колебательно-возбужденный молекулярный азот, озон, закись азота, инфракрасное свечение, средняя атмосфера Земли Благодарности: исследование выполнено при поддержке РНФ (проект № 18-77-10018). Original article THE INFLUENCE OF VIBRATIONALLY EXCITED MOLECULAR NITROGEN ON INFRARED EMISSIONS OF O 3 AND N 2 O GASES AT ALTITUDES OF THE MIDDLE ATMOSPHERE Andrey S. Kirillov1, Vladimir B. Belakhovsky2 1 2Polar Geophysical Institute, Apatity 1https://orcid. org/0000-0002-0790-3195 2https://orcid.org/0000-0001-8994-4363 Abstract The concentrations of №(XlZg+, v' = 1) and the emission intensities of infrared bands of ozone O 3 and nitrous oxide N 2 O are calculated at altitudes of 30-70 km ofthe Earth's middle atmosphere during precipitation of electrons with energies E = 2, 4, 10 MeV. It is shown that for a given relativistic electron flux of 105 e/cm2 sster, the concentrations of vibrationally excited molecular nitrogen №(X%+, v' = 1) are about 105-106 cm-3 at altitudes of 50-70 km of the middle atmosphere. The emission profiles of the infrared bands of ozone at 4.7 pm and 9,9 pm, as well as the infrared band of nitrous oxide at 4.5 pm, are calculated for precipitation of high-energy electrons with energies E = 2, 4, 10 MeV. It has been shown for the first time that vibrationally excited nitrogen №(XlZg+, v' = 1) plays an important role in changing the infrared balance of the middle atmosphere as a result of inelastic molecular collisions with O3 and N 2 O molecules during precipitation of high-energy electrons. Keywords: vibrationally excited molecular nitrogen, ozone, nitrous oxide, infrared emissions, Earth's middle atmosphere Acknowledgments: the study was supported by the Russian Science Foundation (project no. 18-77-10018). Введение Молекулярный азот и молекулярный кислород являются основными составляющими средней атмосферы Земли. Неупругое взаимодействие высыпающихся в атмосферу высокоэнергичных частиц (релятивистских электронов и протонов) с молекулами N 2 и O 2 приводит к возбуждению различных синглетных и триплетных электронно-возбужденных состояний N 2 и О 2 . В дальнейшем в возбужденных молекулах происходят спонтанные переходы на более низкие по энергии состояния, что служит причиной свечения этих молекулярных составляющих в различных диапазонах спектра. В работах (Кириллов и Белаховский, 2020а, 2020б; Kirillov and Belakhovsky, 2021) был проведен расчет профилей интенсивностей свечения полос первой (1PG) и второй (2PG) положительных систем и полос Лаймана - Бирджа - Хопфилда (LBH) молекулярного азота: Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Естественные и гуманитарные науки. 2023. Т. 2, № 2. С. 70-76. Transactions of the Kola Science Centre of RAS. Series: Natural Sciences and Humanities. 2023. Vol. 2, No. 2. P. 70-76. © Кириллов А. С., Белаховский В. Б., 2023 70