книги из ГПНТБ / Омхольт, А. Полярные сияния

соударение для возбуждения и ионизации соответственно, Gj(È) — эффективное сечение возбуждения, S £(Е, W) — дифференциальное эффективное сечение ионизации с по­ терей энергии W, іі — потенциал ионизации.

Относительные потери энергии для какого-либо воз­ бужденного состояния даются формулой

есть средняя доля энергии, переходящая к вторичным

электронам, образующимся в процессе ионизации; Wt — среднее значение W.

Столярски и Грин [188] использовали эффективные се­ чения всех заслуживающих внимания возбужденных сос­ тояний и ионизации Ы2и 0 2из[187,205], а для атома кисло­ рода — главным образом теоретические данные Ситона [167, 168], совпадающие с данными Смита и др. [177]. Считалось, что возбужденные состояния О (Ю) и О (х5) возникают только при возбуждении атомарного кислорода. Паркинсон и др. [144] усомнились в правильности такого

допущения, которое молчаливо подразумевалось в боль­ шинстве исследований свечения зеленой линии А 5577 А- На основе ракетных измерений интенсивностей эмиссий А 5577 и 3914 А, ионного состава, спектра и концентраций вторичных электронов они нашли, что только диссоциация 0 2 с образованием атомов О (AS) в качестве наиболее ве­ роятного первичного продукта может объяснить их на­ блюдения.

Результаты Столярски и Грина приведены в табл. 5.1. Излучение полосы (0 — 0) А3914 первой отрицательной сис­

темы N| принято за 100. Имеются относительно большие неопределенности в эффективных сечениях различных про­ цессов возбуждения и ионизации, поэтому приведенные данные следует рассматривать как предварительные. Дез­ активация столкновениями будет вести к уменьшению интенсивности запрещенных линий или систем полос. Точ­ но так же принятый состав атмосферы характерен для высот, значительно превосходящих те, на которые прихо­ дится большая часть свечения типичного сияния [2]. Учи­ тывая эти факты, согласие с наблюдаемыми величинами следует считать удовлетворительным.

с энергией 4 кэВ интенсивности, нормированные к интен­ сивностям в табл. 5.1, будут составлять 3,2 и 0,9 соответ­ ственно. Коваль и др. [7] сравнили интенсивности излу­ чения полярных сияний в области от 1500 до 7000 А с данными лабораторных экспериментов при соударениях электронов с энергиями 150 эВ и 13 кэВ с молекулярным азотом и воздухом. Спектры в обоих случаях оказались похожими, но спектры, вызываемые электронами с энер­ гией 150 эВ, несколько лучше согласуются со спектрами полярных сияний, чем в случае возбуждения электронами с энергией 13 кэВ.

Аджелло [17] и Прасад и Грин [150] провели аналогич­ ное исследование в ультрафиолете и нашли, что прямая диссоциация N2 с возбуждением играет важную роль. Рас­ пределение интенсивности в мультиплете А 1200 А в зна­ чительной степени определяется резонансным рассеянием

[190].

148 ГЛАВА 5

Таблица 5.2

Данные о диссоциативной рекомбинации

из-за несохранения спина [56].

социативной рекомбинации От, N2 и NO+ остается энергия для возбуждения самых низких уровней. В табл. 5.2 при­ ведены эти энергии и возможные возбужденные состояния.

Приближенные значения коэффициентов рекомбинации даны в табл. 5.3.

Таблица 5.3

Приближенные коэффициенты скорости

Эффективность образования рассматриваемых возбуж­ денных атомов в таком процессе в значительной степени неопределенна. Экспериментальныеданные Ципфа (ср. [129])

бинации коэффициенты 0,10 и 0,90. Диссоциативная реком­

Далгарно и Кхар [50] считали диссоциативную( реком­ бинацию важным источником CXAS) в полярных сияниях. Однако на основе прямых ракетных измерений излучения в линии А5577 А и концентраций ионов Паркинсон и др. 1144] заключили, что вклад этого процесса значителен лишь на больших высотах и, вероятно, дает лишь 10% всей эмиссии А5577. Этот вывод согласуется с фактом, что за­ паздывающие по времени механизмы возбуждения нельзя выявить при измерениях быстрых вариаций интенсивности А5577 А и полос первой отрицательной системы N2 + (ср. разд. 5.4). Для объяснения кажущегося усиления эмиссии А.5577 А от сияния, находившегося под искусственным ба­ риевым облаком, Штоффреген [185] привлек реакцию дис­ социативной рекомбинации. В свете всего сказанного такое объяснение, по-видимому, маловероятно.

Диссоциативная рекомбинация как источник красных линий кислорода АА6300 и 6364 из состояния О (Ю), рас­ смотрена в [129, 157]. При коэффициенте эффективности 0,9 этот процесс, вероятно, мог бы дать вклад от 10 до 30% в зависимости от высоты.

Прямая радиативная рекомбинация и рекомбинация при тройном соударении, вероятно, несущественны для ио­ низованных атомов. Рекомбинация ионизованных атомов в верхней атмосфере осуществляется главным образом через перезарядку с молекулами с последующей диссоциативной рекомбинацией.

Перезарядка может давать вклад в возбуждение раз­ личных атомов и молекул. Однако об ее эффективности известно мало, и лишь очень немногие реакции могут ока­ заться важными. Химия ионов в ионосфере во время поляр­ ного сияния еще далека от полного понимания, а ракетные измерения дают неожиданные результаты [61, 193].

как возможный источник полос первой положительной системы N2 , особенно в сияниях типа В (с красной нижней границей). Этот процесс, по-видимому, был также предло­ жен Митрой [128] и Гошем [84].

Гэдсден [72, 73] предложил подобный механизм, который может давать вклад в возбуждение полос второй положи­ тельной системы N2 и красных линий [OlJ.

Возможны два процесса, довольно близкие к энерге­ тическому резонансу [137]:

0 + (Ю и л и 2Р ) + N 2 ( X ‘Е + ) - > О (зР) + Щ (А 2П ) . ( 5 . 1 0 )

В последней реакции имеет место почти точный энергети­ ческий резонанс с 0 +(2Д) и № +(А 2П, ѵ'= 1).

Были предложены различные процессы с дезактивацией метастабильных состояний для переноса энергии от частиц одного сорта к другим. Чтобы подобные процессы играли основную роль, необходимо достаточное количество энер­ гии; важны также точный энергетический резонанс и сохра­ нение спина.

Ситон [166] указал, что в процессе

имеет место почти точный энергетический резонанс. Пос­ кольку колебательная энергия 0 2 расходуется при соуда­ рениях с другими частицами, обратный процесс несущест­ вен. Уоллес и Чемберлен [201], изучая распределение интенсивности для различных атмосферных полос 0 2, заклю­ чили, что реакция (5.11) наиболее важна для их возбуж­ дения.

Мейер и др. [126] определили коэффициент скорости 3- ІО-12 см3/с для реакции

N2(Л 3S*) + О (зР) N2 (X Щ) + О (‘S). (5.12)

Это привело бы к заметному, но не преобладающему вкладу на больших высотах.

Реакция