Экспериментальные определения коэффициента эффективности излучения
Выяснению вопроса о зависимости т от скорости и других параметров могли помочь экспериментальные определения т0 и п. Развитие ракетной техники позволило, начиная с 1957 г., приступить к запускам искусственных метеоров с известными массами и из фотометрических наблюдений попытаться определить То. В 1961 г. Р. Мак-Кроски [379] опубликовал результаты первого эксперимента подобного рода, когда с ракеты «Аэроби» были выстрелены па высоте 79 км две алюминиевые пульки со скоростью 14 км/с. Принимая зависимость тЫ в форме (20.3) п тг = 1, он получил для алюминия lg то = —9,05 (т в единицах СГС). Пытаясь сделать переход к т0 для железа, Мак-Кроски ввел слиш- 210 ГЛ. IV. СВЕЧЕНИЕ И СПЕКТРЫ МЕТЕОРОВ ком много допущений, поэтому полученный им результат (lg То = —11,0) не заслуживает доверия. В 1962 г. Р. Мак-Кроски и Р. Собермап [380] запустили с помощью ракеты «Трайлблазер» двухграммовую пульку из нержавеющей стали со скоростью v = 10 км/с на высоте 70 км. Они получили lg То = —8,38 (СГС) или lgTo = —18,10 (ФЕ*)). Однако и это значение требует внесения поправок, поскольку пулька содержала 20% хрома. Правда, вытекающая отсюда поправка не превышает 0,4 в единицах логарифма, а скорее всего, гораздо меньше. Гораздо труднее сделать переход к т0 для каменных метеороидов. Полагая, что последние содержат 15% железа [428] и что все излучение в фотографической области принадлежит парам железа, Р. Мак-Кроски и Р. Соберман получили для каменных метеороидов lg-4j>= -18,91. Начиная с 1964 г. запуски искусственных метеоров проводились исследовательским центром Лэнгли (NASA). В 1964—1965 гг„ были опубликованы результаты двух экспериментов со скоростями 9,8 и 11,9 км/с [261, 355]. Наконец, в 1970 г. У. Айерс, Р. Мак-Кроски и К. Шао [261] провели целую серию запусков (10 искусственных метеоров из железа и никеля) в диапазоне скоростей 10-г 16 км/с для железа и 8,5-^11,5 км/с для никеля. Эти эксперименты показали довольно быстрый рост т* со скоростью: для железа от 8 • 10"13 при v = 10 км/с до 1,8 • 10"12 при 17 = 16 км/с. Однако учитывая возможные ошибки измерений, можно было согласовать эти результаты с формулой (20.3), положив lgT0 = —18,02. Близкий результат был получен для никеля. Трудность запусков искусственных метеоров и ограниченность возможного диапазона скоростей заставили экспериментаторов пойти по пути лабораторных экспериментов. Начиная с 1964 г. группа Дж. Фрихтенихта (TRW Systems, Редондо Бич, Калифорния) начала серию экспериментов по разгону микрочастиц и изучению их взаимодействия с газами. Применялся электростатический уско- *) ФЕ — фотометрическими единицами мы будем называть едипицы, выражеппые в иптепсивностях излучения звезды 0"\ отнесенных к мощности излучения 1 эрг/с и скорости 1 см/с (lgTo(OE)=lgT0(CrC)-9,72). § 21. КОЭФФИЦИЕНТ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИЗЛУЧЕНИЯ 211 ритель, позволявший разгонять частицы субмикронных размеров до скоростей 20-^45 км/с. Этот метод был удобен тем, что позволял изучать различные формы взаимодействия частиц с газами мишени: ионизацию, свечение, торможение и т. д. В 1968 г. Дж. Фрихтенихт, Дж. Слэттери и Э. Талья- ферри [318] провели большую серию экспериментов по регистрации свечения железных частиц, пролетавших со скоростями 15 -г- 40 км/с через разреженный воздух (среднее давление в камере 0,05 торр или 6,6 • 10~5 атм, что соответствует высоте 70 км). Регистрировались масса частицы, ее скорость, длина светящегося следа и интенсивность свечения. Поскольку все частицы в этих экспериментах испарялись полностью, можно было полагать, что интенсивность излучения, проинтегрированная вдоль пути частицы (Е8), пропорциональна ее кинетической энергии с коэффициентом пропорциональности т Es=x±-M0vl (21.1) Эксперименты, описанные в [318], показали слабую зависимость т от скорости, и для железных частиц, движущихся в воздухе, дали в среднем т = 6 • 10"3, чему соответствует т* = 4 • 10~~13. В более поздней работе Д. Бек- кера и Дж. Фрихтенихта [272] этот результат признан заниженным, чему виной была недостаточно надежная калибровка ФЭУ. Установка, использованная в [272], была значительно усовершенствована. Было проведено около 30 экспериментов с железными частицами от 0,05 до 1 мкм в диаметре (10~15-М0~и г) при скоростях 11-г- -^47 км/с, а также 200 экспериментов с медными частицами в тех же условиях. Результаты представлены на рис. 50, где нанесены также результаты У. Айерса, Р. Мак-Кроски и К. Шао [261] и данные для двух гарвардских ярких метеоров, обработанных А. Куком, Л. Як- киа и Р. Мак-Кроски [309]. Для удобства сопоставления значения т* для этих каменных метеороидов разделены на 0,15 — предполагаемое содержание в пих железа*). *) Как показали специальные измерения [471], излучение о железа дает резкий максимум на к 3800 А. Можно полагать, что о излучение в регистрируемой области спектра (3400—5800 А) в основном определяется парами железа. 212 ГЛ. IV. СВЕЧЕНИЕ И СПЕКТРЫ МЕТЕОРОВ Иную методику применили, начиная с 1970 г., Г. Сэ- ведж и Ч. Бойтнотт из Эймского исследовательского центра NASA [275—277, 459, 460]. Они использовали метод пересекающихся пучков: высокоскоростной пучок атмосферных молекул, атомов и ионов (N2, NjJ", N+, 02, Oj, 0+, Аг+) прогонялся со скоростями 32-т-117 км/с через перпендикулярный поток ijtftf IA 1,2 1,0 0,8 0,6 /' - /° -Г . 1 д 1 L /Г „ / D АМ5 1 L_ NjSF o-Fe Д-Ni *-M№2 U-J//98I6 _i i i i Ifi 1,2 /,4 1,6 U Igy (км/с) Рис. 50. Коэффициент эффективности излучения в функции скорости по данным экспериментов Айерса и др. (AMS), Фрихтених- та и Беккера (BF) и по наблюдениям метеоров № 1242 и 19816 гарвардской программы (Кук и ДР-). паров металлов (Na, Са, Mg). Установка позволяла измерять сечение возбуждения и ионизации метеорных атомов в ходе их столкновений с атомами и молекулами составляющих воздуха, а также определять коэффициент эффективности излучения как для отдельных линий, так и для излучения данного элемента в целом. Переход от %х для отдельных линий к общему значению т для данного элемента производился путем суммирования с учетом используемой фотометрической системы. Наиболее употребительны три спектральные системы: фотографическая панхроматическая, фотографическая голубая и визуальная (для ночного зрения). В работах [275, 276] были получены зависимости %k(v) для наиболее ярких линий натрия, магния и кальция (а также их ионов) и общий ход т* для этих элементов. В дальнейшем метод Сэведжа и Бойтнотта был применен для определения т железа [277]. Ввиду наличия у этого элемента множества мультиплетов регистрация излучения производилась не в отдельных длинах волн, а в сравнительно широких спектральных участках, где представлены наиболее яркие мультиплеты железа. В то же время участки с яркими мультиплетами других элементов (на- § 21. КОЭФФИЦИЕНТ ЭФФЕКТИВНОСТИ ИЗЛУЧЕНИЯ 213 пример, Н и К Call), вырезались фильтрами. Результаты представлены на рис. 51 и 52, причем на рис. 52 нанесены также для сравнения кривые для железа по данным [261, 272]. Как видно из рис. 51, эффективности излучения муль- типлетов различных атомов и ионов по-разному изменяются в функции скорости столкновений. Это хорошо fO~"\ I видно и для различных t элементов на рис. 52. О 40 SO и, км/с v,kmJc Рис. 51. Коэффициент эф- Рис. 52. Коэффициент эффектив- фективности излучения от- ности излучения по эксперимен- дельных мультиплетов (по там Беккера и Фрихтенихта Бойтнотту и Сэведжу). (BF), Бойтнотта и Сэведжа (BS), кремний и алюминий — но Беккеру и Слэттери, натрий — по Саидову. Таким образом, зависимость т(у) должна быть, вообще говоря, функцией химического состава метеороида. Она не может быть аппроксимирована формулой (20.3). В 1973 г. Д. Беккер и Дж. Слэттери [273] провели еще одну серию экспериментов с микрочастицами кремния и алюминия в интервале скоростей 12-^-48 км/с. Результаты тоже нанесены на рис. 52. Они показывают близкий ход тЫ для железа, алюминия и кремния и некоторый «завал» в сторону малых скоростей для магния (по данным [4591). Авторы пошли дальше и построили композиционную кривую для каменных метеороидов, приняв их состав таким же, как средний состав каменных 214 ГЛ. IV. СВЕЧЕНИЕ И СПЕКТРЫ METEOPUB метеоритов, по данным [428]. Эта кривая нанесена на рис. 52 (прерывистая линия). Она идет почти параллельно кривой для железа. Что касается последней, то наиболее правильно будет объединить кривую Беккера — Фрихтенихта с участком кривой Бойтнотта — Сэведжа для v > 50 км/с, как показано прерывистой линией, поскольку максимум у v = 20 км/с не вызывает сомнения.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Экспериментальные определения коэффициента эффективности излучения» з дисципліни «Фізика метеоритних явищ»
