| Аннотация |
Неупругое взаимодействие высокоэнергичных частиц (авроральных, релятивистских) с газами атмосфер планет приводит к возбуждению (электронному, колебательному, вращательному) молекул этих газов. В результате спонтанных излучательных переходов с более высоких по энергии возбужденных состояний молекул на более низкие происходит излучение инфракрасных, видимых, ультрафиолетовых фотонов, регистрация которых позволяет исследовать состав атмосфер планет с поверхности Земли или с космических летательных аппаратов. При этом для точного понимания химико-физических процессов с участием возбужденных молекул, протекающих в атмосферах планет, необходимы как модели кинетики возбужденных молекулярных газов атмосфер планет, так и экспериментальные данные, среди которых данные по интенсивностям свечения различных полос молекул при различных давлениях дают информацию о скоростях образования и гашения возбужденных молекул. Одним из таких явлений, связанных со свечением возбужденных молекул в атмосфере Земли, являются скоротечные световые явления (ССЯ). Исследованиям ССЯ, в первую очередь красных спрайтов посвящено большое число теоретических и экспериментальных работ. На высотах от 40 до 100 км над уровнем моря ССЯ имеют разнообразные формы, длительности свечения, различные цвета, а также излучение в различных спектральных диапазонах. Энерговыделение в различных ССЯ достигает единиц ГДж. Высокоэнергичные электроны разряда (с энергией от единиц эВ до нескольких десятков) при столкновении с основными атмосферными составляющими N2, O2 инициируют процессы диссоциации и ионизации молекул, образование химически активных радикалов, приводят к электронному и колебательному возбуждению атмосферных составляющих, дающих быстрые (миллисекунды) оптические излучения. При этом на фоне наличия в атмосфере высокоэнергичных электронов в результате химических реакций могут образовываться как молекулы нечетного азота NO, NO2 и т.д., влияющих на озоновый слой, так и молекулы парникового газа N2O, эффективно излучающего в инфракрасном диапазоне. Однако, до сегодняшнего времени, остаются открытыми вопросы основных механизмов образования этих газов и механизмов внутреннего возбуждения молекул, излучающих фотоны в различных спектральных диапазонах.
Цель данного проекта – провести комплексные теоретические и экспериментальные исследования спектров излучения воздуха при давлениях, соответствующих давлениям появления красных спрайтов и голубых струй и определить условия возникновения ярких световых точек при распространении столбчатых красных спрайтов и причину изменения цвета красных спрайтов и голубых струй на высотах около 50 км над уровнем моря, а также причины преобладания красного цвета в спрайтах при высокой спектральной плотности энергия излучения второй положительной системы азота. Для этого будут усовершенствованы теоретические модели, описанные в работах [1,2], которые позволяют рассчитать колебательные населенности различных электронно-возбужденных состояний атмосферных газов при различных давлениях, а также рассчитаны спектры излучения воздуха на различных высотах. Кроме того, будут проведены экспериментальные исследования аналогов красных спрайтов в различных условиях по плотности тока разряда, величине приведённого электрического поля и давления воздуха, с учетом его влажности. Все это позволит объяснить причины формирования ярких световых точек при формировании столбчатых красных спрайтов, реализовать условия, в которых при распространении плазменных диффузных струй, как и в ССЯ, цвет изменяется с красного на голубой и наоборот. Кроме того, будут получены систематизированные расчётные и экспериментальные данные о спектрах излучения воздуха и азота при всех давлениях, соответствующих давлениям формирования спрайтов и голубых струй. Предполагается, что полученные научные результаты будут иметь не только фундаментальное значение, но будут полезны и для практического применения.
|
