Электронная кинетика молекул О2, N2, СО в верхних атмосферах планет Солнечной системы Кириллов А.С. Полярный геофизический институт г. Апатиты Мурманской области Рассчитанные населенности колебательных уровней состояния b1g+ в нижней термосфере и мезосфере при Т = 300 и 200 К (сплошная линия и штрихи) сравниваются с экспериментальными оценками [Slanger et al., 2000, JGR] (квадраты) k, см3с-1 100 Населенность 10-11 -12 10 10-13 O2(b1 0 10-1 10-2 + g ,v) + O2 5 10 15 Колебательные уровни 20 0 5 10 15 Колебательные уровни 20 Полосы Герцберга I (A3u+,vX3g,v’) и Чемберлена (A’3u,va1g,v’) в свечении ночного неба Земли (Broadfoot & Bellaire, JGR, 1999, v.104, p.17127) Полосы Герцберга II (c1u,v=0X3g,v’=5-12) в свечении ночного неба Венеры (Краснопольский и др., Космические Иссл., 1976, т.14, с.789) Lawrence G.M., Barth C.A., Argabright V. Excitation of the Venus night airglow. // Science, 1977, v.195, p.573574. Slanger T.G. Generation of O2(c1u, C3u, A3u+) from oxygen atom recombination. // J. Chem. Phys., 1978, v.69, p.47794791. Slanger T.G., Black G. The O2(C3ua1g) bands in the nightglow spectrum of Venus. // Geophys. Res. Lett., 1978, v.5, p.947948. О + О + М О2* + M О2* = O2(c1u, A'3u, A3u+) Квантовые выходы 10-1 A'3 A3 10-3 u + u c1 u 10-5 10-7 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Колебательные уровни Рассчитанные населенности колебательных уровней состояний A3u+ и A‘3u в нижней термосфере и мезосфере при kО=11011, 31011, 101011 см3с1 (сплошная линия, штрихи и штрихпунктиры) сравниваются с экспериментальными оценками Stegman and Murtagh, 1988, PSS] (кружки) и [Slanger et al., 2004, AG] (крестики) 1.5 1.5 A'3u Населенность Населенность A3u 1.0 0.5 0.0 0 2 4 6 8 Колебательные уровни 10 1.0 0.5 0.0 0 10 8 6 4 2 Колебательные уровни 12 Kirillov A.S., The calculations of quenching rate coefficients of O2(b1g+,v) in collisions with O2, N2, CO, CO2 molecules, 2013, Chemical Physics, v.410, p.103 Приближение Розена-Зинера T | E | E qv , v ' k (v ) k o exp 300 T / 300 2k BT O2(A3u+,v)+CO2(0,0,0) O2(X3g, A'3u;v')+CO2(v1,v2,v3) 1 = 0.17 2 = (0.17)2 ~ 0.029 3 = (0.17)3 ~ 0.0049 = 0.06 (N2) Константы гашения O2(A3u+,v=0-10)+CO2 10-10 -12 10 k, cm3s-1 E-process Результаты расчета сплошная линия E-процесс - штрихпунктиры EV-процесс - штрихи Knutsen et al., 1994, J. Chem. Phys., 101, p.7415 - крестики EV-process 10-14 10-16 0 A3u CO 2 2 4 6 8 Vibrational levels 10 Константы гашения O2(A3u+,v=0-10)+N2 3 -1 10-10 k, cm s Результаты расчета сплошная линия EV-процесс - штрихи Knutsen et al., 1994, J. Chem. Phys., 101, p.7415 - крестики 10-12 10-14 10-16 0 A3 u N2 2 4 6 8 Vibrational levels 10 Константы гашения O2(A3u+,v=0-10)+O2 10 -10 k, cm3s-1 Результаты расчета сплошная линия EV-процесс - штрихи Knutsen et al., 1994, J. Chem. Phys., 101, p.7415 – крестики Copeland, 1994, J. Chem. Phys., 100, p.744 – кружок 10-12 10-14 10-16 0 A 3u O2 2 4 6 8 Vibrational levels 10 Система уравнений для расчета [O2(A3u+,v)] и [O2(c1u-,v)] Q k [CO2 ] N k c v A'c v 'v A' v' v' * A'c v 'v [O2 ] N A' v' v' c cX cY *cY Avv ' kvv ' [CO2 ] k vv '[O2 ] kO [O] N v Y a ,b; v ' Y X , a ,b; v ' v' Q k A v v' A' A v 'v A AX AY [CO2 ] N Avv ' kvv ' [CO2 ] N v Y X , A ';v ' v' A' v' ЗЕМЛЯ 100 A'3 A3 u + u 10-1 c1 u 10-2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Колебательные уровни Относительные населенности Относительные населенности Рассчитанные колебательные населенности состояний Герцберга (c1u, A’3u, A3u+) на высоте 95 км в атмосфере Земли и на высоте 100 км в атмосфере Венеры 103 ВЕНЕРА A'3 1 10 10-1 A3 u + u c1 u 10-3 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Колебательные уровни Константы гашения O2(A'3u,v=0-11)+CO2 10-10 Результаты расчета для разрешенных по спину процессов – сплошная линия к, см3с-1 10-12 10-14 10-16 0 A'3 u CO2 2 4 6 8 10 Колебательные уровни 12 Запрещенные по спину процессы O2(A'3u,v) + CO2(0,0,0) O2(c1u,v'=v) + CO2(1,0,0) 0.1 - штрих-пунктиры 0.01 - штрихи ВЕНЕРА 102 A'3 u 100 A3 + u c1 u 10-2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Колебательные уровни Относительные населенности Относительные населенности Рассчитанные колебательные населенности состояний Герцберга (c1u, A'3u, A3u+) на высоте 100 км в атмосфере Венеры ВЕНЕРА 102 A'3 u 100 A3 + u c1 u 10-2 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Колебательные уровни Bertaux J.-L., Leblanc F., Witasse O., Quemerais E., Lilensten J., Stern S.A., Sandel B., Korablev O.I. Discovery of an aurora on Mars. // Nature, 2005, v.435, p.790-794. Lillis R.J., Brain D.A., Delory G.T., Mitchell D.L., Luhmann J.G., Lin R.P. Evidence for superthermal secondary electrons produced by SEP ionization in the Martian atmosphere. // Journal of Geophysical Research, 2012, v.117, E03004. Схема колебательных уровней триплетных состояний молекул азота и моноокиси углерода E (103 см-1) E (103 см-1) 27 12 14 22 9 11 18 70 14 3 0 B3 g 0 W3 3 B' u + u 70 20 22 17 14 16 17 12 9 12 8 8 4 4 0 12 9 60 6 u 3 50 0 A3 40 2 6 50 2 0 5 10 3 5 8 6 60 8 N2 0 e3 - d3 0 a'3 + 0 a3 40 4 CO Сравнение результатов расчета N2(A3u+,v)+N2 с данными [Dreyer and Perner, 1973, JCP] N2(A3u+,v)+O2 с данными [Dreyer et al., 1974, JCP; Piper, 1981, JCP; Thomas and Kaufman, 1985, JCP; De Benedictis and Dilecce, 1997, JCP] k, см3с-1 k, см3с-1 10-11 10-11 10-13 10-15 0 10-13 N2(A,v) + N2 20 15 10 5 Колебательные уровни 10-15 25 0 N2(A,v) + O2 20 15 10 5 Колебательные уровни 25 Вклады различных процессов на высотах 100 и 80 км: N2(A3u+) + N2,О2 (темные квадраты и кружки), N2(A3u+) N2(X1g+) + hv (VK), N2(a1g) N2(X1g+) + hv (LBH), авроральные электроны (крестики) [N2(X,v)], см-3 4 10 [N2(X,v)], см-3 100 км e + N2 103 LBH VK 2 10 LBH VK 101 10 10-1 10-2 10-3 0 0 80 км e + N2 N2(A) + N2,O2 5 10 15 20 25 Колебательные уровни 30 0 N2(A) + N2,O2 5 10 15 20 25 Колебательные уровни 30 De La Haye V., Waite J.H., Cravens T.E., Bougher S.W., Robertson I.P., Bell J.M. Heating Titan’s upper atmosphere. J. Geophys. Res., 2008, v.113, A11314. E (103 см-1) E (103 см-1) 27 22 14 9 11 18 70 14 60 50 2 0 3 2 0 B3 g 0 W3 B'3 u + u 70 7 2 60 B'3 8 B3 u g W3 u u 50 0 A3 7 5 5 6 3 8 8 6 10 40 12 N2 A3 40 + u N2 ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ 1. Исследование кинетики О2* в смеси газов О2, N2, СО, СО2 и др. Расчет скоростей процессов гашения (образования?) О2* с учетом EV-процессов 2. Построение модели электронной кинетики СО* (N2*) в смеси газов О2, N2, СО, СО2 и др. Расчет констант гашения для триплетных состояний СО. СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ !