Другие предметы \ Физика и химия атмосферы

Свечение неба. Флуоресценция и резонансное рассеяние, страница 4

                Таблица 7.1. Некоторые наиболее яркие атмосферные эмиссии

Нижнее состояние

Возбужденное состояние

Длина волны излучения

O(3P)

O(1D)

630 нм красная

O(1D)

O(1S)

557.7 нм  зеленая

O2(X3Σ-g)

O2(a1Δg)

1270 нм инфракрасные полосы

O2(X3Σ-g)

O2(b1Σ+g)

761.9 нм

O2(X3Σ-g)

O2(A3Σ+u)

260-380 нм полосы Герцберга

OH(X2Π)v=0,1

OH(X2Π)v=9,8…

< 2800.7 нм полосы Майнела

N(4S)

N(2D)

520 нм

N(4S)

N(2P)

346.6 нм

N2(X1Σ+g)

N2(A3Σ+u)

200-400 нм полосы Вегарда-Каплана

NO(X2 Π)

NO (A2Σ+)

200-300 нм γ-полосы

                                      NO+O3®NO2*+O2

приводит к электронному возбуждению образующейся двуокиси азота. Сводка наиболее интенсивных атмосферных эмиссий приведена в таблице 7.1.

Время жизни свободного атома или молекулы в возбужденном состоянии зависит от природы возбужденного состояния и природы состояния, в которое может быть осуществлен переход с испусканием кванта излучения. Иногда такие переходы оказываются  запрещенными, и соответствующее время жизни возбужденного состояния заметно увеличивается. Это способствует тому, что избыток энергии будет израсходован другим путем при взаимодействии с окружающей средой. Соответствующими механизмами, например, являются превращение энергии возбуждения в тепло; химические реакции возбужденных частиц и т.п.

Очевидно, ответ на вопрос, какой же из процессов будет реализовываться на самом деле, зависит от соотношения времени жизни возбужденного состояния и времени между столкновениями молекул. Если последнее велико (разреженный газ), то преимущественно возбуждение будет сниматься за счет высвечивания.

Химия возбужденных компонент зачастую отличается от химии реагентов в основном состоянии. Как правило,  все реакции фотолиза приводят к образованию возбужденных компонент атмосферы. А специфика химии возбужденных компонент дает нам ту картину состава и состояния атмосферы, которая поддерживается на протяжении сотен тысяч и миллионов лет.

Свечение зеленой линии атомарного кислорода  - пример сенсибилизированной флуоресценции. При таком процессе возбужденная компонента (О) не высвечивает избыток энергии, а передает его при столкновении другой молекуле или атому (О), которые затем испускают излучение.

В заключение отметим некоторые характерные черты свечения атмосферы.

Свечение дневного неба

Основные механизмы: резонансное рассеяние, флуоресценция, фотоэлектронное возбуждение.

В ультрафиолетовой области спектра излучают NO, O, N2, N, H, OH

В видимой области - N, N, O, Na

В инфракрасном диапазоне  – О2, ОН.

Свечение сумеречного неба является источником информации о переходном периоде от дневного свечения к ночному, когда происходит переключение на другие механизмы возбуждения свечения. К тому же замечательной особенностью сумеречных наблюдений является то, что при пересечении земной тенью излучающего слоя регистрируемые вариации интенсивности эмиссии позволяют определить высотное распределение излучающей компоненты. Поэтому такие эксперименты являются недорогим заменителем ракетных наблюдений.

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 Lα (121.6 нм), обусловленной солнечным излучением, рассеянным на очень больших высотах вне области тени, отбрасываемой Землей, и попавшим в ночную атмосферу.

Скачать файл