The Electronic Kinetics of Molecular Nitrogen
and Molecular Oxygen in the Earth’s Middle Atmosphere
during the GLE Events of Solar Cycle 23

A. S. Kirillov; Кириллов А. С.; V. B. Belakhovskii; Белаховский В. Б.; E. A. Maurchev; Маурчев Е. А.; Yu. V. Balabin; Балабин Ю. В.; A. V. Germanenko; Германенко А. В.; B. B. Gvozdevskii; Гвоздевский Б. Б.

doi:10.31857/S0016794022060062

Электронная кинетика молекулярного азота и молекулярного кислорода в средней атмосфере Земли в событиях GLE 23-го солнечного цикла

Авторы: Кириллов А.С.¹, Белаховский В.Б.¹, Маурчев Е.А.¹, Балабин Ю.В.¹, Германенко А.В.¹, Гвоздевский Б.Б.¹
Учреждения:
1. Полярный геофизический институт (ПГИ)
Выпуск: Том 63, № 1 (2023)
Страницы: 94-103
Раздел: Статьи
URL: https://ogarev-online.ru/0016-7940/article/view/134702
DOI: https://doi.org/10.31857/S0016794022060062
EDN: https://elibrary.ru/ADCFJJ
ID: 134702

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

На основании моделей электронной кинетики триплетных и синглетных состояний молекулярного азота и синглетных состояний молекулярного кислорода для средней атмосферы Земли проведен расчет профилей интенсивностей полос первой и второй положительных систем N₂, полос Лаймана–Бирджа–Хопфилда N₂, инфракрасных полос О₂ в случае высыпания в атмосферу Земли высокоэнергичных протонов во время событий GLE65, GLE67, GLE69, GLE70 солнечного цикла 23. Расчеты показали, что практически на всем рассматриваемом интервале высот 20–80 км имеется значительный вклад процессов гашения некоторых электронно-возбужденных состояний N₂ и О₂ при молекулярных столкновениях. Кинетика синглетных состояний О₂ на высотах средней атмосферы во время высыпаний протонов рассмотрена как с учетом прямого возбуждения высокоэнергичными частицами, так и с учетом межмолекулярных процессов переноса электронного возбуждения.

Список литературы

– Дорман Л.И. Экспериментальные и теоретические основы астрофизики космических лучей. М.: Наука. 462 с. 1975.
– Кириллов А.С. Расчет констант скоростей взаимодействия синглетного и триплетного колебательно-возбужденного молекулярного кислорода // Квантовая электроника. Т. 42. № 7. С. 653–658. 2012.
– Кириллов А.С., Белаховский В.Б. Свечение полос молекулярного азота в атмосфере Земли во время высыпания высокоэнергичных электронов // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 60. № 1. С. 93–98. 2020а.
– Кириллов А.С., Белаховский В.Б. Свечение полос Лаймана–Бирджа–Хопфилда N2 в атмосфере Земли во время высыпания высокоэнергичных электронов // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 60. № 6. С. 796–802. 2020б.
– Кириллов А.С., Белаховский В.Б., Маурчев Е.А., Балабин Ю.В., Германенко А.В., Гвоздевский Б.Б. Свечение молекулярного азота и молекулярного кислорода в средней атмосфере Земли во время высыпания высокоэнергичных протонов // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 61. № 6. С. 769–776. 2021.
– Криволуцкий А.А., Репнев А.И. Воздействие космических факторов на озоносферу Земли. М.: ГЕОС. 382 с. 2009.
– Криволуцкий А.А., Репнев А.И. Воздействие космических энергичных частиц на атмосферу Земли // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 52. № 6. С. 723–754. 2012.
– Маурчев Е.А., Балабин Ю.В., Гвоздевский Б.Б., Вашенюк Э.В. Новая численная модель для исследования космических лучей в атмосфере Земли // Известия РАН. Сер. физическая. Т. 79. № 5. С. 711–713. 2015.
– Маурчев Е.А., Балабин Ю.В. Модельный комплекс для исследования космических лучей RUSCOSMICS // Солнечно-земная физика. Т. 2. № 4. С. 3–8. 2016.
– Маурчев Е.А., Михалко Е.А., Германенко А.В., Балабин Ю.В., Гвоздевский Б.Б. / Программный комплекс RUSCOSMICS как инструмент для оценки скорости ионизации вещества атмосферы Земли протонами космических лучей // Известия РАН. Сер. физическая. Т. 83. № 5. С. 712–716. 2019.
– Русанов В.Д., Фридман А.А. Физика химически активной плазмы. М.: Наука, 415 с, 1984.
– Шефов Н.Н., Семенов А.И., Хомич В.Ю. Излучение верхней атмосферы – индикатор ее структуры и динамики. М.: ГЕОС, 740 с. 2006.
– Широков Ю.М., Юдин Н.П. Ядерная физика. Уч. пос. М.: Наука. 729 с. 1980.
– Agostinelli S., Allisonas J., Amako K. et al. Geant4 – a simulation toolkit // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. V. 506. Sect. A. P. 250–303. 2003.
– Bates D.R. Oxygen band system transition arrays // Planet. Space Sci. V. 37. № 7. P. 881–887. 1989.
– Burkholder J.B., Sander S.P., Abbatt J., Barker J.R., Huie R.E., Kolb C.E., Kurylo M.J., Orkin V.L., Wilmouth D.M., Wine P.H. Chemical kinetics and photochemical data for use in atmospheric studies, Evaluation No.18, Jet Propulsion Laboratory Publication 15–10, Jet Propulsion Laboratory, Pasadena. 1392 p. 2015.
– Casassa M.P., Golde M.P. Vacuum UV emission by electronically-excited N2: The radiative lifetime of the N2(
– Dunlea E.J., Talukdar R.K., Ravishankara A.R. Kinetic studies of the reactions of O2() with several atmospheric molecules // J. Phys. Chem. A. V.109. № 17. P. 3912–3920. 2005.
– Gilmore F.R., Laher R.R., Espy P.J. Franck-Condon factors, r-centroids, electronic transition moments, and Einstein coefficients for many nitrogen and oxygen band systems // J. Phys. Chem. Ref. Data. V. 21. № 5. P. 1005–1107. 1992.
– Khachatrian A., Wouters E.R., Gudipati M.S., Ginter M.L., Copeland R.A. Temperature dependent collisional energy transfer of N2 (a1Πg and
– Kirillov A.S. The study of intermolecular energy transfers in electronic energy quenching for molecular collisions N2–N2, N2–O2, O2–O2 // Ann. Geophysicae. V. 26. № 5. P. 1149–1157. 2008.
– Kirillov A.S. Excitation and quenching of ultraviolet nitrogen bands in the mixture of N2 and O2 molecules // J. Quan. Spec. Rad. Tran. V. 112. № 13. P. 2164–2174. 2011.
– Kirillov A.S. The calculations of quenching rate coefficients of O2(, v) in collisions with O2, N2, CO, CO2 molecules // Chem. Phys. V. 410. P. 103–108. 2013.
– Kirillov A.S. Intermolecular electron energy transfer processes in the quenching of N2(C3Πu, v = 0–4) by collisions with N2 molecules // Chem. Phys. Lett. V. 715. P. 263–267. 2019.
– Kirillov A.S., Belakhovsky V.B. The kinetics of N2 triplet electronic states in the upper and middle atmosphere during relativistic electron precipitations // Geophys. Res. Lett. V. 46. № 13. P. 7734–7743. 2019.
– Kirillov A.S., Belakhovsky V.B. The kinetics of O2 singlet electronic states in the upper and middle atmosphere during energetic electron precipitation // J. Geophys. Res. – Atmosphere. V. 126. № 5. e2020JD033177. 2021. https://doi.org/10.1029/2020JD033177
– Krupenie P.H. The spectrum of molecular oxygen // J. Phys. Chem. Ref. Data. V.1. № 2. P. 423–534. 1972.
– Marinelli W.J., Kessler W.J., Green B.D., Blumberg W.A.M. Quenching of N2(a1Πg,
– Piper L.G. Quenching rate coefficients for N2(
– Piper L.G. Energy transfer studies on N2(, v) and N2(B3Πg) // J. Chem. Phys. V. 97. № 1. P. 270–275. 1992.
– Porter H.S., Jackman C.H., Green A.E.S. Efficiencies for production of atomic nitrogen and oxygen by relativistic proton impact in air // J. Chem. Phys. V. 65. № 1. P. 154–167. 1976.
– Simpson J.A. Introduction to the galactic cosmic radiation / Composition and origin of cosmic rays. Ed. Shapiro M.M. NATO ASI Series (Series C: Mathematical and Physical Sciences). V. 107. P. 1–24. Dordrecht: Springer. 1983.
– Turunen E., Verronen P.T., Seppälä A., Rodger C.J., Clilverd M.A., Tamminen J., Enell C.-F., –Ulich T. Impact of different energies of precipitating particles on NOx generation in the middle and upper atmosphere during geomagnetic storms // J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. V. 71. № 10–11. P. 1176–1189. 2009.
– Umemoto H. Selective production and kinetic analysis of thermally equilibrated N2(B3Πg, v = 0) and N2(W3Δu,v = 0) // Phys. Chem. Chem. Phys. V. 5. № 24. P. 5392–5398. 2003.
– Umemoto H., Oku M., Iwai T. Collisional intersystem crossing of N2(
– Vashenyuk E.V., Balabin Yu.V., Gvozdevsky B.B. Features of relativistic solar proton spectra derived from ground level enhancement events (GLE) modeling // Astrophys. Space Sci. Trans. V. 7. № 4. P. 459–463. 2011.