Свечение ночного неба

В течение дня энергия солнечного излучения запасается в продуктах фотодиссоциации молекул атмосферы. Ночью эта энергия высвобождается за счет многих реакций, некоторые из них сопровождаются излучением света.

Однако надо иметь в виду, что некоторые ночные эмиссии все-таки обязаны «дневному» механизму резонансного рассеяния. В частности, это относится к эмиссии водородной линии L_α (121.6 нм), обусловленной солнечным излучением, рассеянным на очень больших высотах вне области тени, отбрасываемой Землей, и попавшим в ночную атмосферу.

Основным накопителем энергии является атомарный кислород. Поэтому и основная проблема при изучении ночных эмиссий заключается в отыскании канала, по которому энергия возбуждения передается источнику излучения от возбужденного атома О.

Замечание по поводу химии возбужденных компонент. Очень часто возбужденные частицы оказываются в состояниях, переходы с которых на более низкие уровни энергии с излучением фотонов запрещены (так называемые метастабильные состояния). На самом деле такие переходы происходят, но очень медленно. В результате атомы и молекулы в метастабильных состояниях обладают весьма большим временем жизни и поэтому могут эффективно участвовать в различных химических реакциях. Химия возбужденных частиц – довольно молодая наука, но она бурно развивается в последние годы. Одной из причин является та важная роль, которую играют химические реакции с участием возбужденных частиц в атмосферных процессах.

Механизм возникновения полярных сияний во многом подобен механизму возникновения свечения неба. Существенной особенностью здесь является только то, что возбуждение свечения осуществляется потоками заряженных частиц, проникающими в атмосферу из космоса. В результате взаимодействия с магнитным полем Земли заряженные частицы отклоняются к полюсам и именно там наиболее глубоко проникают в атмосферу, приводя к возбуждению атмосферных составляющих и их последующему высвечиванию. В спектрах полярных сияний легко обнаруживаются уже упонинавшиеся атмосферные эмиссии.

[1] Это замечали все, кто когда-нибудь летал на самолете.

[2] Фотометр – прибор, регистрирующий излучение в достаточно узком спектральном интервале и не допускающий перестройки на другие длины волн. Часто для выделения нужного интервала длин волн используют стеклянные или интерференционные фильтры. Спектрометры (в отличие от фотометров) обладают возможностью перестройки рабочей длины волны.

[3] На самом деле сумма энергии излучения с l=1.27 мкм и энергии фотона с l=121.6 нм равна энергии, соответствующей l=111 нм, а порог ионизации молекулярного кислорода соответствует l=102.7 нм. Таким образом, и в этом случае ионизация из возбужденного состояния не происходит. Однако, если в молекуле синглетного кислорода дополнительно возбуждены колебания, то энергии излучения с l=121.6 нм уже может оказаться достаточно для ионизации.

[4] Понятно, что в случае атомов энергия запасается только в поступательных и электронных степенях свободы.

[5] Кроме поступательной энергии, изменение которой не может быть интерпретировано как возбуждение молекулы.

[6] Числами указана минимально возможная энергия, высвобождаемая в ходе процесса.

[7] С помощью этого механизма высвечивания было подтверждено наличие на высотах около 100 км атомарного кислорода в сравнительно большом количестве. Оригинальный эксперимент был проведен 14 марта 1956 г. в штате Нью-Мексико (США). Тогда с помощью ракеты на высоте 100 км было выпущено 10 кг окиси азота. Последняя в присутствии атомарного кислорода участвует в процессе его каталитического преобразования в молекулярный кислород:

NO+O→NO₂+ hν,

NO₂+O→ NO+O₂+50 ккал/моль.

Яркое свечение, возникающее в ходе превращений, в начале эксперимента в 4 раза превышало яркость Венеры. Постепенно свечение расплывалось и по прошествии нескольких часов исчезло. Процесс рекомбинации атомов кислорода с участием NO не требует тройных столкновений (вероятность которых мала в разреженном воздухе) и протекает посредством двух последовательных двойных столкновений относительно быстро.

[8] Здесь М – любая третья частица, забирающая избыток энергии сталкивающихся атомов кислорода, чтобы обеспечить возможность образования связанного состояния в виде молекулы кислорода.

Дата добавления: 2015-10-24