Кириллов А.С. Полярный геофизический институт г....

Колебательные населенности состояний Герцберга

молекулярного кислорода на высотах свечения ночного неба планет земной группы

Кириллов А.С.

Полярный геофизический институт

г. Апатиты Мурманской области

Кириллов А.С. Расчет констант гашения синглетного кислорода молекулами кислорода, азота, моноокиси углерода и углекислого газа (стендовый доклад)

• Кириллов А.С. Расчет констант скоростей взаимодействия синглетного и триплетного колебательно-возбужденного молекулярного кислорода. //Квантовая Электроника, 2012, т.42, с.653-658.

• Kirillov A.S. The calculations of quenching rate coefficients of O2(b1g

+,v) in collisions with O2, N2, CO, CO2 molecules. // Chem. Phys., 2013, v.410, p.103-108.

O2(b1g+,v=1-3) + O2(X3g

,v=0) O2(X3g

,v''=1-3) + O2(b1g+,v'=0)

Bloemink et al., 1998, J. Chem. Phys., v.109, p.4237.

Hwang et al., 1999, J. Chem. Phys., v.110, p.18.

Kalogerakis et al., 2002, J. Chem. Phys., v.116, p.4877.

O2(b1g+,v=1) T = 298, 260, 220, 125 K

O2(b1g+,v=2) T = 298, 293, 220, 110 K

O2(b1g+,v=3) T = 293, 235, 140 K

Приближение Розена-Зинера (Kirillov A.S. Application of Landau-

Zener and Rosen-Zener approximations to calculate rates of electron energy

transfer processes. // Adv. Space Res., 2004, v.33, p.993-997)

iiB

o qqTk

E

T

ETkivk ,0,02300/

||exp

300)(

Зависимость y1 от x1

300/100_;

2exp

300),(log 1

,0,01 T

Ex

TkE

TqqTvk

yBii

0 2 4 6 8-13

-12

-11

-10

x 1

y 1

Зависимость y2 от x2

)300/(100_;

300),(log 2

,0,02 T

Ex

TqqTvk

yii

0 2 4 6 8 10 12-14

-13

-12

-11

-10

x 2

y 2

Константы гашения T=110-298 K O2(b1g

+,v=1-3) + O2

Результаты расчета – сплошные линии

Bloemink et al., 1998, J. Chem. Phys., 109, p.4237 - квадраты

Hwang et al., 1999, J. Chem. Phys., 110, p.18 - кружки

Kalogerakis et al., 2002, J. Chem. Phys., 116, p.4877 - крестики

100 150 200 250 300Tem perature (Ê)

10 -10

10 -12

10 -14

10 -16

k, cm 3s -1

v=1

v=2

v=3

Chemical Physics (Graphical Abstract)

Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer

Kirillov A.S.

Calculated vibrational populations of Herzberg states of O2 in the nightglow of terrestrial planets.

Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, rejected, JQSRT-D-12-00480

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.

Приближение Розена-Зинера

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)

',2300/

||exp

300)( vv

Bo q

Tk

E

T

ETkvk

Константы гашения O2(A3u

+,v=0-10)+CO2

Результаты расчета - сплошная линия

E-процесс - штрих-пунктиры

EV-процесс - штрихиKnutsen et al., 1994, J. Chem.

Phys., 101, p.7415 - крестики

0 2 4 6 8 10V ibrational leve ls

A 3u

C O 2

k, cm 3s -1

10 -10

10 -12

10 -14

10 -16

E-process EV-process

Константы гашения O2(A3u

+,v=0-10)+N2

0 2 4 6 8 10V ibrational levels

A 3u

N 2

k, cm 3s -110 -10

10 -12

10 -14

10 -16

Результаты расчета - сплошная линия

EV-процесс - штрихиKnutsen et al., 1994, J. Chem.

Phys., 101, p.7415 - крестики

Константы гашения O2(A3u

+,v=0-10)+O2

Результаты расчета - сплошная линия

EV-процесс - штрихиKnutsen et al., 1994, J. Chem.

Phys., 101, p.7415 – крестики

Copeland, 1994, J. Chem. Phys., 100, p.744 – кружок

0 2 4 6 8 10V ibrational levels

10 -10

10 -12

10 -14

10 -16

k, cm 3s -1

A 3u

O 2

Константы гашенияO2(c1u

,v=0-16)+CO2

Результаты расчета – сплошная линия

E-процесс - штрих-пунктиры

EV-процесс - штрихи

0 2 4 6 8 10 12 14 16V ibrational levels

c1u

C O 2

k, cm 3s -110 -10

10 -12

10 -14

10 -16

EV-process

E-process

Система уравнений для расчета [O2(A3u

+,v)] и [O2(c1u-,v)]

Av

v vAXY

AYvv

AXvv

v

Av

AAvv

Av NCOkANCOkQ

' ';',

2'''

''2

'' ][][

cvO

v vbaXY

cYvv

vbaY

cYvv

cXvv

v

Av

cAvv

v

Av

cAvv

cv

NOkOkCOkA

NOkNCOkQ

][][][

][][

' ';,,2'

*

';,2''

'

''2

''

*

'

''2

''

О + О + М О2* + M

О2* = O2(c1u

, A'3u, A3u+)

0 2 4 6 8 10 12 14 16V ibrational leve ls

Qu

an

tum

yie

lds

10 -3

10 -5

10 -7

10 -1

c1

A '3

A 3

Рассчитанные колебательные населенности состояний Герцберга (c1u

, A’3u, A3u)

на высоте 100 км в атмосфере Венеры

0 2 4 6 8 10 12 14 16V ibrational levels

Re

lativ

e p

op

ula

tion

s

10 -1

10 -3

10 1

10 3

c1

A '3

A 3

Константы гашения O2(A'3u,v=0-11)+CO2

Результаты расчета для разрешенных по спину процессов – сплошная линия

Запрещенные по спину процессы

O2(A’3u,v) + CO2(0,0,0) O2(c1u

,v’=v) + CO2(1,0,0)0.1 - штрих-пунктиры0.01 - штрихи0 2 4 6 8 10 12

V ibrational leve ls

10 -10

10 -12

10 -14

10 -16

k, cm 3s -1

A '3u

C O 2

spin-forb idden

Рассчитанные колебательные населенности состояний Герцберга (c1u

, A’3u, A3u)

на высоте 95 км в атмосфере Земли и на высоте 100 км в атмосфере Венеры

0 2 4 6 8 10 12 14 16V ibrational levels

Rel

ativ

e p

opul

atio

ns 10 0

10 -1

10 -2

Earth

c 1

A 3

A '3

0 2 4 6 8 10 12 14 16V ibrational levels

Re

lativ

e p

op

ula

tion

s

10 -2

10 0

10 2Venus

c1

A 3

A'3

Коэффициенты гашения состояний Герцберга молекулярного кислорода O2(c1u

,v=016), O2(A'3u,v=011), O2(A3u+,v=010) при

столкновениях с невозбужденными молекулами CO2, CO, N2, O2 рассчитаны согласно аналитическим выражениям, полученным на основании приближения Розена-Зинера.

При моделировании колебательных населенностей состояний Герцберга в свечении неба верхних атмосфер Венеры и Марса, где доминирует углекислый газ, показано, что учет запрещенного по спину EV взаимодействия O2(A'3u,v) с CO2 молекулами может привести к лучшему согласию со спектральными наблюдениями с летательных аппаратов Венера-9 и Венера-10 и данными лабораторных экспериментов.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ !