ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ КИНЕТИКИ ТРИПЛЕТНЫХ СОСТОЯНИЙ МОЛЕКУЛЯРНОГО АЗОТА В СПРАЙТАХ И ИХ АНАЛОГАХ

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Проведен расчет населенностей различных колебательных уровней триплетных состояний молекулярного азота и интенсивностей свечения полос первой и второй положительных систем N2 на высотах 40–90 км во время спрайтов. Результаты расчетов показали уменьшение отношения рассчитанных спектральных плотностей энергии излучения полос первой положительной системы к спектральным плотностям энергии излучения второй положительной системы при уменьшении высоты, что объясняется ростом скорости гашения состояния В3Пg с увеличением плотности атмосферы. Проводится сравнение результатов расчета с экспериментально измеренными спектральными плотностями энергии излучения полос N2 в спектрах излучения плазменных диффузных струй.

Об авторах

А. С. Кириллов

Полярный геофизический институт (ПГИ)

Email: kirillov@pgia.ru
Апатиты, Мурманская обл., Россия

В. Ф. Тарасенко

Полярный геофизический институт (ПГИ); Институт сильноточной электроники СО РАН (ИСЭ СО РАН)

Апатиты, Мурманская обл., Россия; Томск, Россия

Н. П. Виноградов

Полярный геофизический институт (ПГИ); Институт сильноточной электроники СО РАН (ИСЭ СО РАН)

Апатиты, Мурманская обл., Россия; Томск, Россия

В. А. Кириллов

Полярный геофизический институт (ПГИ)

Апатиты, Мурманская обл., Россия

Список литературы

  1. Дружин Г.И., Малкин Е.И., Капустина О.В. Атмосферники, связанные со спрайтами, по КНЧ/ОНЧ-наблюдениям на п-ове Камчатка // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 63. № 5. С. 657–666. 2023. https://doi.org/10.31857/S001679402260051X
  2. 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. 2020. https://doi.org/10.31857/S0016794020010071
  3. Тарасенко В.Ф., Бакшт Е.Х., Виноградов Н.П., Сорокин Д.А. Спектры излучения воздуха низкого давления при диффузном стримерном разряде // Оптика и спектроскопия. Т. 130. № 12. С. 1769–1777. 2022. https://doi.org/10.21883/OS.2022.12.54080.4014-22
  4. Adachi T., Fukunishi H., Takahashi Y., Hiraki Y., Hsu R.-R., Su H.-T., Chen A.B., Mende S.B., Frey H.U., Lee L.C. Electric field transition between the diffuse and streamer regions of sprites estimated from ISUAL/array photometer measurements // Geophys. Res. Lett. V. 33. № 17. ID L17803. 2006. https://doi.org/10.1029/2006GL026495
  5. Ebert U., Nijdam S., Li C., Luque A., Briels T., van Veldhuizen E. Review of recent results on streamer discharges and discussion of their relevance for sprites and lightning // J. Geophys. Res. – Space. V. 115. № 7. ID A00E43. 2010. https://doi.org/10.1029/2009JA014867
  6. Franz R.C., Nemzek R.J., Winckler J.R. Television image of a large upward electrical discharge above a thunderstorm system // Science. V. 249. № 4964. P. 48–51. 1990. https://doi.org/10.1126/science.249.4964.48
  7. Garipov G.K., Khrenov B.A., Klimov P.A., Klimenko V.V., Mareev E.A., Martines O., Mendoza E., Morozenko V.S., Panasyuk M.I., Park I.H., Ponce E., Salazar H., Tulupov V.I., Vedenkin N.N., Yashin I.V. Global transients in ultraviolet and red-infrared ranges from data of the “Universitetsky-Tatiana-2” satellite // J. Geophys. Res. – Atmos. V. 118. № 2. P. 370–379. 2013. https://doi.org/10.1029/2012JD017501
  8. Gilmore F.R., Lader 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. https://doi.org/10.1063/1.555910
  9. Gordillo-Vazquez F.J. Air plasma kinetics under the influence of sprites // J. Phys. D Appl. Phys. V. 41. № 23. ID 234016. 2008. https://doi.org/10.1088/0022-3727/41/23/234016
  10. Gordillo-Vazquez F.J., Perez-Invernon F.J. A review of the impact of transient luminous events on the atmospheric chemistry: past, present, and future // Atmos. Res. V. 252. ID 105432. 2021. https://doi.org/10.1016/j.atmosres.2020.105432
  11. Goto Y., Ohba Y., Narita K. Optical and spectral characteristics of low pressure air discharges as sprite models // Journal of Atmospheric Electricity. V. 27. No 2. P.105–112. 2007. https://doi.org/10.1541/jae.27.105
  12. Green B.D., Fraser M.E., Rawlins W.T., Jeong L., Blumberg W.A.M., Mende S.B., Swenson G.R., Hampton D.L., Wescott E.M., Sentman D.D. Molecular excitation in sprites // Geophys. Res. Lett. V. 23. No 16. P. 2161–2164. 1996. https://doi.org/10.1029/96GL02071
  13. Heavner M.J., Morrill J.S., Siefring C., Sentman D.D., Moudry D.R., Wescott E.M., Bucsela E.J. Near-ultraviolet and blue spectral observations of sprites in the 320–460 nm region: N2 (2PG) emissions // J. Geophys. Res. – Space. V. 115. No 7. ID A00E44. 2010. https://doi.org/10.1029/2009JA014858
  14. Hoder T., Bonaventura Z., Bourdon A., Simek M. Sub-nanosecond delays of light emitted by streamer in atmospheric pressure air: Analysis of N2(C3Πu) and N2+(B2Σu+) emissions and fundamental streamer structure // J. Appl. Phys. V. 117. No 7. ID 073302. 2015. https://doi.org/10.1063/1.4913215
  15. Itikawa Y. Cross sections for electron collisions with nitrogen molecules // J. Phys. Chem. Ref. Data. V. 35. No 1. P. 31–53. 2006. https://doi.org/10.1063/1.1937426
  16. Jehl A., Farges T., Blanc E. Color pictures of sprites from nondedicated observation on board the International Space Station // J. Geophys. Res. – Space. V. 118. No 1. P. 454–461. 2013. https://doi.org/10.1029/2012JA018144
  17. Kannae T., Stenbaek-Nielsen H.C., McHarg M.G. Altitude resolved sprite spectra with 3 ms temporal resolution // Geophys. Res. Lett. V. 34. No 7. ID L07810. 2007. https://doi.org/10.1029/2006GL028608
  18. 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. https://doi.org/10.1016/j.cplett.2018.11.048
  19. 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. No 13. P. 7734–7743. 2019. https://doi.org/10.1029/2019GL083135
  20. 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. – Atmos. V. 126. No 5. ID e2020JD033177. 2021. https://doi.org/10.1029/2020JD033177
  21. Korotkov S.V., Aristov Y.V., Kozlov A.K., Korotkov D.A., Lyubinsky A.G., Spichkin G.L. Installation for air cleaning from organic impurities by plasma formed by barrier discharge of nanosecond duration // Instrum. Exp. Tech. V. 55. No 5. P. 605–607. 2012. https://doi.org/10.1134/S0020441212050041
  22. Kuo C.-L., Hsu R.R., Chen A.B., Su H.T., Lee L.C., Mende S.B., Frey H.U., Fukunishi H., Takahashi Y. Electric fields and electron energies inferred from the ISUAL recorded sprites // Geophys. Res. Lett. V. 32. No 5. ID L19103. 2005. https://doi.org/10.1029/2005GL023389
  23. Malagon-Romero A., Teunissen J., Stenbaek-Nielsen H.C., McHarg M.G., Ebert U., Luque A. On the emergence mechanism of carrot sprites // Geophys. Res. Lett. V. 47. No 1. ID e2019GL085776. 2020. https://doi.org/10.1029/2019GL085776
  24. Marskar R. Genesis of column sprites: formation mechanisms and optical structures // Plasma Sources Sci. T. V. 33. No 2. ID 025024. 2024. https://doi.org/10.1088/1361-6595/ad29c0
  25. Morrill J., Bucsela E., Siefring C., Heavner M., Berg S., Moudry D., Slinker S., Fernsler R., Wescott E., Sentman D., Osborne D. Electron energy and electric field estimates in sprites derived from ionized and neutral N2 emissions // Geophys. Res. Lett. V. 29. No 10. ID 1462. 2002. https://doi.org/10.1029/2001GL014018
  26. Neubert T., Østgaard N., Reglero V., Chanrion O., Oxborrow C.A., Orr A., Tacconi M., Hartnack O., Bhander D.D. The ASIM mission on the International Space Station // Space Sci. Rev. V. 215. No 2. ID 26. 2019. https://doi.org/10.1007/s11214-019-0592-z
  27. Opaits D.F., Shneider M.N., Howard P.J., Miles R.B., Milikh G.M. Study of streamers in gradient density air: Table top modelling properties // Geophys. Res. Lett. V. 37. No 14. ID L14801. 2010. https://doi.org/10.1029/2010GL043996
  28. Pancheshnyi S.V., Starikovskaia S.M., Starikovskii A.Yu. Collisional deactivation of N2(C3Πu,v=0,1,2,3) states by N2, O2, H2 and H2O molecules // Chem. Phys. V. 262. No 2–3. P. 349–357. 2000. https://doi.org/10.1016/S0301-0104(00)00338-4
  29. Pasko V.P. Recent advances in theory of transient luminous events // J. Geophys. Res. – Space. V. 115. No 6. ID A00E35. 2010. https://doi.org/10.1029/2009JA014860
  30. Piper L.G. State-to-state N2(A3Σu+) energy pooling reactions. I. The formation of N2(C3Πu) and the Herman infrared system // J. Chem. Phys. V. 88. No 1. P. 231–239. 1988. https://doi.org/10.1063/1.454649
  31. Reising S.C., Inan U.S., Bell T.F., Lyons W.A. Evidence for continuing current in sprite-producing cloud-to-ground lightning // Geophys. Res. Lett. V. 23. No 24. P. 3639–3642. 1996. https://doi.org/10.1029/96GL03480
  32. Sentman D.D., Wescott E.M., Osborne D.L., Hampton D.L., Heavner M.J. Preliminary results from the Sprites94 aircraft campaign: I. Red sprites // Geophys. Res. Lett. V. 22. No 10. P. 1205–1208. 1995. https://doi.org/10.1029/95GL00583
  33. Simek M. Optical diagnostics of streamer discharges in atmospheric gases // J. Phys. D Appl. Phys. V. 47. No 46. ID 463001. 2014. https://doi.org/10.1088/0022-3727/47/46/463001
  34. Sorokin D., Tarasenko V., Bakshi E.Kh., Vinogradov N.P. Ionization waves, propagating in opposite directions, as in red sprites // European Journal of Environment and Earth Sciences. V. 3. No 6. P. 42–48. 2022. https://doi.org/10.24018/eigeo.2022.3.6.322
  35. Stenbaek-Nielsen H.C., Haaland R., McHarg M.G., Hensley B.A., Kanmae T. Sprite initiation altitude measured by triangulation // J. Geophys. Res. – Space. V. 115. No 3. ID A00E12. 2010. https://doi.org/10.1029/2009JA014543
  36. Surkov V.V., Hayakawa M. Progress in the study of transient luminous and atmospheric events: a review // Surv. Geophys. V. 41. № 5. P. 1101–1142. 2020. https://doi.org/10.1007/s10712-020-09597-2
  37. Tarasenko V., Vinogradov N., Baksht E., Sorokin D. Experimental simulation of red sprites in a laboratory // Journal of Atmospheric Science Research. V. 5. № 3. P. 26–36. 2022. https://doi.org/10.30564/jasr.v5i3.4858
  38. Tarasenko V.F., Vinogradov N.P., Panarin V.A., Skakun V.S., Sorokin D.A., Baksht E.Kh. Experimental simulation of non-uniformity in columnar sprite glow // Atmospheric and Oceanic Optics. V. 37. Suppl. 1. P. S183–S191. 2024. https://doi.org/10.1134/S1024856024701598
  39. Williams E., Valente M., Gerken E., Golka R. Calibrated radiance measurements with an air-filled glow discharge tube: Application to sprites in the mesosphere // Sprites, elves and intense lightning discharges. Eds. M. Füllekrug, E.A. Mareev, M.J. Rycroft. Dordrecht: Springer. P. 237–251. 2006. https://doi.org/10.1007/1-4020-4629-4_11

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).