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

Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Естественные и гуманитарные науки. 2023. Т. 1, № 2. С. 77-85. Transactions of the Kola Science Centre of RAS. Series: Natural Sciences and Humanities. 2023. Vol. 1, No. 2. P. 77-85. К ин ети ч ески е процессы в ночном небе Земли Н а рисунке 2 схематично представлены системы спонтанных излучательных переходов между различными электронными состояниями: полосы Герцберга I 02(A3Eu+, v') ^ O 2 (X3Zg~ ѵ"), Чемберлена 02(A'3Au, v') ^ O 2 (a'Ag, ѵ"), Атмосферные полосы О 2 ( Ъ ^ +, v') ^ O 2 (X3Zg-, v"), Инфракрасные Атмосферные полосы 02(a'Ag, v') ^ O 2 (X3Zg~, v"). Все приведенные состояния находятся ниже энергии диссоциации молекулы О 2 ~ 41300 см-1 (8065 см-1 = 1 эВ). Длины волн Xтрех рассмотренных в данной работе систем полос можно рассчитать по формулам: X hi = 1/(E a ( v ') - Ex(v")), (2а) Xch = 1/(Е л '(У) - Ea(v")), (2б) XAtm = 1/(Е ь (Ѵ) - Ex(v")), (2в) где E a ( v ) — энергия колебательного уровня v' состояния A3Eu+( с м 1); E axv ) — энергия колебательного уровня v' состояния A'3Au ( с м 1); Еъу) — энергия колебательного уровня v' состояния b1Zg+ ( с м 1); Еоу) — энергия колебательного уровня v' состояния a 1Ag(с м 1); Еху) — энергия колебательного уровня v" состоянияХ3^ (с м 1). Как видно из рис. 2, энергия фотонов ультрафиолетовых полос Герцберга I и Чемберлена намного превосходит энергию фотонов Атмосферных полос, располагающихся в инфракрасном диапазоне. яЕ Чемб« _ ь % ГерцІ рлен ■epr 1 Лтмс сфсрная , 1 Инфракрасная f Атмосферная , Рис. 2. Схема четырех систем излучательных переходов. Поскольку переходы между указанными выше состояниями дипольно-запрещенные и излучательные времена жизни высоки, то при расчетах концентраций электронно-возбужденного кислорода необходимо учитывать гашение молекул состояний A3Eu+, A'3Au, b1Zg+ не только при излучательных переходах, но и при неупругих столкновениях с молекулами О 2 , N 2 для условий атмосферы Земли (Kirillov, 2014). При реакции (1) у электронно-возбужденной молекулы кислорода образуется несколько метастабильных состояний. Переходы с состояний A3Eu+, A'3Au приводят к излучению в ультрафиолетовом диапазоне спектра, с — в инфракрасном диапазоне. Время жизни молекул О 2 в этих метастабильных состояниях определяется как коэффициентами Эйнштейна спонтанного излучения (Bates, 1989), так и скоростями неупругих столкновений с молекулами О 2 и N 2 (Kirillov, 2014): 02(A3Iu+, v') +O 2 ^ O 2 (X % - v") + O 2 ko 2 (A3!u+, v') = (0,8 -7 ) -10-11 (см3с-1), (3а) 02(A3Iu+, v') +N 2 ^ O 2 (X % - v") + N 2 kN 2 (A3!u+, v') = (0,3 -5 ) -10-11 (см3с-1), (3б) 02(A3Iu+, v') ^ O 2 (X3Ig - v") + hv, (X = 240-520 нм) Aa^x = 8-11 c-1, (4) 02(Al3Au, v') + O 2 ^ 02 (a1Ag, v") + O 2 ko 2 (A'3Au, v') = ( 0 ,4 - 1 ) 1 0 11 (см3с-1), (5а) 02(A'3Au, v') + N 2 ^ 02 (a1Ag, v") + N 2 kN 2 (A'3Au, v') = (0 ,8 -8 )-10-12 (см3с-1), (5б) 02(A,3Au, v') ^ O 2 (a 1Ag, v") + hv, (X = 300-870 нм) Aa^* = 0 ,8 -0 ,9 c-1, (6) 02(b1Ig+, v') + O 2 ^ O 2 (X3Ig-, v") + O 2 ko 2 (Ъ% +, v') = 4 -10-17-2 -1 0 -11 (см3с-1), (7а) 02(b1Ig+, v') + N 2 ^ O 2 (X % - v") + N 2 kN 2 ( b % +, v') = (2 - 8 ) 1 0 -14 (см3с-1), (7б) 02(b1Ig+, v') ^ O 2 (X3Ig-, v") + hv, (X =?? 700-1000 нм) Аъ^х = 0,087 c-1, (8) © Антоненко О. В., Кириллов А. С., 2023 79