Моделирование свечения ультрафиолетовых полос молекулярного азота в авроральной ионосфере и в условиях лабораторного разряда Кириллов А.С. Полярный геофизический. - презентация

1 Моделирование свечения ультрафиолетовых полос молекулярного азота в авроральной ионосфере и в условиях лабораторного разряда Кириллов А.С. Полярный геофизический институт г. Апатиты Мурманской области

2 Полосы молекулярного азота Полосы Вегарда-Каплана N 2 (A 3 u +,v) N 2 (X 1 g +,v) + h VK Полосы Лаймана-Бирджа-Хопфилда N 2 (a 1 g,v) N 2 (X 1 g +,v) + h LBH

3 Рассматриваемые процессы при гашении N 2 (A 3 u +,v) + N 2 Межмолекулярные процессы N 2 (A 3 u +,v) + N 2 (X 1 g +,v=0) N 2 (X 1 g +,v ) + N 2 (Z,v ) Z= A 3 u +, B 3 g, W 3 u, B 3 u Внутримолекулярные процессы N 2 (A 3 u +,v) + N 2 (X 1 g +,v=0) N 2 (B 3 g,v ) + N 2 (X 1 g +,v=0) Kirillov A.S. Application of Landau-Zener and Rosen-Zener approximations to calculate rates of electron energy transfer processes. // Adv. Space Res., 2004a, v.33, p

4 N 2 (A 3 u +,v) + N 2 Kirillov, 2010, Ann. Geophys., 28, p сплошная линия Dreyer and Perner, 1973, J. Chem. Phys., 58, p кресты

5 Рассматриваемые процессы при гашении N 2 (B 3 g,v) + N 2 Межмолекулярные процессы N 2 (B 3 g,v) + N 2 (X 1 g +,v=0) N 2 (X 1 g +,v ) + N 2 (Z,v ) Z= A 3 u +, B 3 g, W 3 u, B 3 u Внутримолекулярные процессы N 2 (B 3 g,v) + N 2 (X 1 g +,v=0) N 2 (A 3 u +,v ) + N 2 (X 1 g +,v=0) N 2 (B 3 g,v) + N 2 (X 1 g +,v=0) N 2 (W 3 u,v ) + N 2 (X 1 g +,v=0) N 2 (B 3 g,v) + N 2 (X 1 g +,v=0) N 2 (B 3 u,v ) + N 2 (X 1 g +,v=0)

6 N 2 (B 3 g,v) + N 2 Kirillov, 2004b, Adv. Space Res., 33, p сплошная линия Piper, 1988, J. Chem. Phys., 88, p кресты Shemansky, 1976, J. Chem. Phys., 64, p треугольники

7 Рассматриваемые процессы при гашении N 2 (a 1 u,v) + N 2 Межмолекулярные процессы N 2 (a 1 u,v) + N 2 (X 1 g +,v=0) N 2 (X 1 g +,v ) + N 2 (Y,v ) Y= a 1 u, a 1 g, w 1 u Внутримолекулярные процессы N 2 (a 1 u,v) + N 2 (X 1 g +,v=0) N 2 (a 1 g,v ) + N 2 (X 1 g +,v=0) N 2 (a 1 u,v) + N 2 (X 1 g +,v=0) N 2 (X 1 g +,v ) + N 2 (Z,v ) N 2 (a 1 u,v) + N 2 (X 1 g +,v=0) N 2 (Z,v ) + N 2 (X 1 g +,v=0) Z= A 3 u +, B 3 g, W 3 u, B 3 u

8 N 2 (a 1 u,v) + N 2 Кириллов, 2011а, ЖТФ - сплошная линия Kirillov, 2011, JQSRT - пунктирная линия Umemoto et al., 2002, J. Chem. Phys., 117, p крест Khachatrian et al., 2003, EOS Trans. AGU, 84, p.F треугольник

9 Рассматриваемые процессы при гашении N 2 (a 1 g,v) + N 2 Межмолекулярные процессы N 2 (a 1 g,v) + N 2 (X 1 g +,v=0) N 2 (X 1 g +,v ) + N 2 (Y,v ) Y= a 1 u, a 1 g, w 1 u Внутримолекулярные процессы N 2 (a 1 g,v) + N 2 (X 1 g +,v=0) N 2 (a 1 u,v ) + N 2 (X 1 g +,v=0) N 2 (a 1 g,v) + N 2 (X 1 g +,v=0) N 2 (w 1 u,v ) + N 2 (X 1 g +,v=0) N 2 (a 1 g,v) + N 2 (X 1 g +,v=0) N 2 (X 1 g +,v ) + N 2 (Z,v ) N 2 (a 1 g,v) + N 2 (X 1 g +,v=0) N 2 (Z,v ) + N 2 (X 1 g +,v=0) Z= A 3 u +, B 3 g, W 3 u, B 3 u

10 N 2 (a 1 g,v) + N 2 Кириллов, 2011а, ЖТФ - сплошная линия Kirillov, 2011, JQSRT - пунктирная линия van Veen et al., 1982, J. Chem. Phys., 77, p кресты Gudipati et al., 2002, EOS Trans. AGU, 83, p.S236 - треугольники

11 Рассматриваемые процессы при гашении N 2 (A 3 u +,v) + O 2 Межмолекулярные процессы N 2 (A 3 u +,v) + O 2 (X 3 g,v=0) N 2 (X 1 g +,v ) + O 2 (Z,v ) (O + O) Z= c 1 u, A 3 u, A 3 u +, B 3 u Внутримолекулярные процессы N 2 (A 3 u +,v) + O 2 (X 3 g,v=0) N 2 (B 3 g,v ) + O 2 (X 3 g,v=0)

12 N 2 (A 3 u +,v) + O 2 Kirillov, 2010, Ann. Geophys., 28, p сплошная линия Dreyer et al., 1974, J.Chem. Phys., 61, p круги Thomas and Kaufman, 1985, J. Chem. Phys., 83, p треугольники De Benedictis and Dilecce, 1997, J. Chem. Phys., 107, p кресты

13 Рассматриваемые процессы при гашении N 2 (B 3 g,v) + O 2 Межмолекулярные процессы N 2 (B 3 g,v) + O 2 (X 3 g,v=0) N 2 (X 1 g +,v ) + O 2 (Z,v ) (O + O) Z= c 1 u, A 3 u, A 3 u +, B 3 u (1 3 g, 1 1 g ) N 2 (B 3 g,v) + O 2 (X 3 g,v=0) N 2 (Y,v ) + O 2 (a 1 g, b 1 g +,v ) Y= A 3 u +, W 3 u, B 3 u Внутримолекулярные процессы N 2 (B 3 g,v) + O 2 (X 3 g,v=0) N 2 (Y,v ) + O 2 (X 3 g,v=0) Y= A 3 u +, W 3 u, B 3 u

14 N 2 (B 3 g,v) + O 2 Kirillov, 2011, JQSRT - сплошная линия Umemoto, 2003, Phys. Chem. Chem. Phys., 5, p треугольник Piper, 1992, J. Chem. Phys., 97, p кресты

15 Рассматриваемые процессы при гашении N 2 (a 1 u,v) + O 2 Межмолекулярные процессы N 2 (a 1 u,v) + O 2 (X 3 g,v=0) N 2 (X 1 g +,v ) + O 2 (Z,v ) (O + O) Z= A 3 u, A 3 u +, B 3 u (1 3 g ) N 2 (a 1 u,v) + O 2 (X 3 g,v=0) N 2 (Y,v ) + O 2 (a 1 g, b 1 g +,v ) Y= A 3 u +, B 3 g, W 3 u, B 3 u Внутримолекулярные процессы N 2 (a 1 u,v) + O 2 (X 3 g,v=0) N 2 (a 1 g,v ) + O 2 (X 3 g,v=0)

16 N 2 (a 1 u,v) + O 2 Kirillov, 2011, JQSRT - сплошная линия Umemoto et al., 2003, J. Chem. Phys., 118, p треугольник Piper, 1987, J. Chem. Phys., 87, p крест

17 Рассматриваемые процессы при гашении N 2 (a 1 g,v) + O 2 Межмолекулярные процессы N 2 (a 1 g,v) + O 2 (X 3 g,v=0) N 2 (X 1 g +,v ) + O 2 (Z,v ) (O + O) Z= A 3 u, A 3 u +, B 3 u (1 3 g ) N 2 (a 1 g,v) + O 2 (X 3 g,v=0) N 2 (Y,v ) + O 2 (a 1 g, b 1 g +,v ) Y= A 3 u +, B 3 g, W 3 u, B 3 u Внутримолекулярные процессы N 2 (a 1 g,v) + O 2 (X 3 g,v=0) N 2 (a 1 u,v ) + O 2 (X 3 g,v=0) N 2 (a 1 g,v) + O 2 (X 3 g,v=0) N 2 (w 1 u,v ) + O 2 (X 3 g,v=0)

18 N 2 (a 1 g,v) + O 2 Kirillov, 2011, JQSRT - сплошная линия Khachatrian et al., 2003, EOS Trans. AGU, 84, p.F треугольники Marinelli et al., 1989, J. Chem. Phys., 90, p крест

19 Синглетные состояния N 2 Eastes R.W., Dentamaro A.V. Collision-induced transitions between the a 1 g, a 1 u, w 1 u states of N 2 : Can they affect auroral N 2 Lyman- Birge-Hopfield band emissions? J. Geophys. Res., 1996, 101, p e + N 2 (X 1 g +,v=0) N 2 (a 1 u,a 1 g,w 1 u,v) N 2 ( 1 ) N 2 ( 2 ) + h N 2 ( ) + M N 2 (X 1 ) + M, M = N 2, O 2, O

20 Morrill J.S., Benesch W.M. Auroral N 2 emissions and the effect of collisional processes on N 2 triplet state vibrational population.// J. Geophys. Res., 1996, 101, p Eastes R.W., Dentamaro A.V. Collision-induced transitions between the a 1 g, a 1 u, w 1 u states of N 2 : Can they affect auroral N 2 Lyman-Birge-Hopfield band emissions? // J. Geophys. Res., 1996, 101, p Kirillov A.S. Electronically excited molecular nitrogen and molecular oxygen in the high-latitude upper atmosphere. // Ann. Geophys., 2008, v.26, p Kirillov A.S. Electronic kinetics of molecular nitrogen and molecular oxygen in high-latitude lower thermosphere and mesosphere. // Ann. Geophys., 2010, v.28, p Кириллов А.С. Синглетный молекулярный азот в авроральной ионосфере и в условиях лабораторного разряда. // Журнал Технической Физики, 2011.

21 Относительная колебательная заселенность N 2 (a 1 g,v) в ионосфере Кириллов, 2011, ЖТФ - сплошная и пунк. линии Cartwright, 1978, JGR, 83, p круги Dashkevich et al., 1993, PSS, 41, p.81 - треугольники Eastes, Dentamaro, 1996, JGR, 101,p кресты Eastes, Sharp, 1987, JGR, 92, p звезды

22 Относительная колебательная заселенность N 2 (a 1 g,v) в смеси N 2 -O 2 20% O 2 1 Па - сплошная линия 10 Па - пунктиры 100 Па - круги 1000 Па - кресты

23 Относительная колебательная заселенность N 2 (a 1 g,v) в смеси N 2 -O 2 5% O 2 1 Па - сплошная линия 10 Па - пунктиры 100 Па - круги 1000 Па - кресты

24 Относительная колебательная заселенность N 2 (a 1 g,v) в смеси N 2 -O 2 1% O 2 1 Па - сплошная линия 10 Па - пунктиры 100 Па - круги 1000 Па - кресты

25 Относительная колебательная заселенность N 2 (a 1 g,v) в смеси N 2 -O 2 0% O 2 1 Па - сплошная линия 10 Па - пунктиры 100 Па - круги 1000 Па - кресты

26 Зависимость отношения I /I от давления Полосы Лаймана-Бирджа- Хопфилда a 1 g,v=2 X 1 g +,v=0 + h a 1 g,v=4 X 1 g +,v=0 + h % O 2 - сплошная линия 5% O 2 - пунктиры 1% O 2 - круги 0% O 2 - кресты

27 Относительная колебательная заселенность N 2 (A 3 u +,v) в смеси N 2 -O 2 20% O 2 1 Па - сплошная линия 10 Па - пунктиры 100 Па - круги 1000 Па - кресты

28 Относительная колебательная заселенность N 2 (A 3 u +,v) в смеси N 2 -O 2 5% O 2 1 Па - сплошная линия 10 Па - пунктиры 100 Па - круги 1000 Па - кресты

29 Относительная колебательная заселенность N 2 (A 3 u +,v) в смеси N 2 -O 2 1% O 2 1 Па - сплошная линия 10 Па - пунктиры 100 Па - круги 1000 Па - кресты

30 Относительная колебательная заселенность N 2 (A 3 u +,v) в смеси N 2 -O 2 0% O 2 1 Па - сплошная линия 10 Па - пунктиры 100 Па - круги 1000 Па - кресты

31 Зависимость отношения I /I от давления Полосы Вегарда-Каплана A 3 u +,v=0 X 1 g +,v=5 + h A 3 u +,v=1 X 1 g +,v=5 + h % O 2 - сплошная линия 5% O 2 - пунктиры 1% O 2 - круги 0% O 2 - кресты

32 Выводы 1. На основании квантово-химических приближений рассчитаны коэффициенты гашения синглетных a' 1 u, a 1 g, w 1 u и триплетных A 3 u +, B 3 g, W 3 u, B' 3 u состояний молекулы N 2 при столкновениях с молекулами N 2 и О Рассчитанные коэффициенты были использованы при расчете относительной колебательной заселенности молекул N 2 (a 1 g,v=0-6) и N 2 (A 3 u +,v=0-20) для условий возбуждения электронным ударом в смеси газов N 2 и О 2 при различном содержании О 2 и давлениях. Показана важная роль столкновительных процессов в электронной кинетике молекулярного азота и в свечении ультрафиолетовых полос Лаймана-Бирджа-Хопфилда и Вегарда-Каплана.

33 NATO ASI конференция, , Киев Kirillov A.S. Excitation and quenching of ultraviolet nitrogen bands in the mixture of N 2 and O 2 molecules. // JQSRT, Кириллов А.С. Расчет коэффициентов скоростей гашения электронно-возбужденного синглетного молекулярного азота. // ЖТФ, Кириллов А.С. Синглетный молекулярный азот в авральной ионосфере и в условиях лабораторного разряда. // ЖТФ, СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ !