Помимо общих особенностей спектров метеоров большой интерес представляют отдельные эмиссии, отличающиеся более или менее аномальным поведением. Ниже рассмотрены некоторые из них. а) Зеленая запрещенная линия кисло- о рода [01] 5577 А. Запрещенная зеленая линия кисло- о рода на 5577 А была обнаружена в спектрах метеоров Я. Холлидеем в 1958 г. [330]. Начинаясь на высотах 115—120 км, она высвечивала и в перерывах, создаваемых обтюратором (рис. 61), имея продолжительность ШО 6000 4000 \ \ \ Рис. 61. Спектр метеора с зеленой линией кислорода (в нижней части фотографии), полученный Холлидеем. свечения ^1 с. Это означало, что свечение происходит в ионном следе метеора. Удалось заметить* искривление этой линии в результате действия ветров, придававших ей змеевидную форму. В 1960 г. Я. Холлидей [331] за- 264 ГЛ. IV. СВЕЧЕНИЕ И СПЕКТРЫ МЕТЕОРОВ метил, что в годы максимума солнечной активности зеленая линия наблюдается чаще и закапчивается ниже, чем обычно (на высоте ~ 75 км). В 1965 г. Я. Райхль [186, 443] обратил внимание на связь между появлением зеленой линии и образованием головного эха метеоров. Мы рассмотрим э^от вопрос в § 30. Напомним, что зеленая линия кислорода впервые наблюдалась в спектрах полярных сияний еще в 60-е годы XIX в., почти за сто лет до ее обнаружения в спектрах метеоров. Позже излучение в этой линии было найдено в спектрах сумеречного и ночного неба [249]. Однако природа ее была установлена только в 1925 г. Линия [01] 5577 А соответствует (рис. 62) переходу lS° -*■ lD2l причем времена жизни этих состояний равны 0,75 и 110 с соответственно. Переход ^г-* 3-Pi,2 дает о красный дублет 6300—6364 А, также хорошо наблюдаемый в спектрах полярных сияний, сумеречного и ночно- § 26, НЕКОТОРЫЕ НЕОБЫЧНЫЕ ЭМИССИИ 265 го неба, но никогда не наблюдавшийся в спектрах метеоров. Вопрос о процессе возбуждения метастабильного уровня lS° атома 01 как в случае полярных сияний, так и в случае метеоров, далеко не прост. Для возбуждения этого уровня из основного состояния необходима энергия в 4Д5 эВ. Такую энергию имеют кванты излучения с о длиной волны 2972 А. Однако прямые переходы с основного уровня на метастабильный запрещены правилами отбора, а единственный разрешенный переход на уровень lS° возможен только с сингулетного состояния 3snPi возбужденной конфигурации 2р3(2Р°), расположенного на 14,37 эВ над основным уровнем и на 0,76 эВ над порогом ионизации [264]. Для возбуждения состояния ХР\ требуется уже ультрафиолетовое излучение с длиной о волны 863 А, доля которого в солнечном спектре крайне мала. Это обстоятельство, наряду с фактами присутствия запрещенных линий [01] в излучении ночного неба, заставило теоретиков отклонить механизм фотовозбуждения метастабильных уровней [01] в полярных сияниях и рассматривать только ударные механизмы. Что касается метеоров, то решительным возражением против механизма фотовозбуждения является то обстоятельство, что зеленая линия наблюдается и у относительно слабых метеоров, до +2W, на высотах от 110—120 км [442], где ударная волна еще не образуется, а значит, не может быть опережающего излучения. Поскольку диапазон высот наблюдения зеленой линии соответствует наибольшей концентрации атомарного кислорода в атмосфере Земли (максимум на h ~ 105 км) [73], можно считать, что именно атмосферный атомарный кислород ответствен за формирование этой линии, а пролет метеора лишь возбуждает свечение. Максимальная концентрация [01] в атмосфере Земли на высоте 105 км составляет от 5 • 1011 до 2 • 1012 см""3; на высоте 90 км она па порядок меньше [73, 264]. Реальный механизм возбуждения уровня lS° в метеорных следах был предложен в 1960 г. Я. Холлидеем [331]. Это — диссоциативная рекомбинация кислорода: 0+ + 01-*0? + 0#(15), (26.1) Оа+ + е -> 0# {lS) + О" (Ю). (26.2) 266 ГЛ. IV. СВЕЧЕНИЕ И СПЕКТРЫ МЕТЕОРОВ Коэффициенты скоростей этих реакций равны соответственно 2,5 • 10"11 и 3-Ю"7 см3/с [264]. Начальный приток иопов обусловлен метеорной ионизацией. Как полагает Я. Райхль [443], отраженные метеорным телом атмосферные молекулы ионизуют налетающие (в том числе атомы кислорода), после чего происходит реакции (26.1) и (26.2). Скорость реакции (26.2) зависит от электронной концентрации в метеорном следе. Если она равна или превышает 109 см*"3 в первые 0,25 с после пролета метеора, то реакция (26.2) протекает быстрее реакции (26.1) и тогда именно реакция (26.1) контролирует скорость образования 0(lS) [321]. Вероятность образования иона 0+ из метеорного атома кислорода была оценена У. Баггали [264] в пред- положейии, что ионизация происходит в ходе термализу- ющих столкновений с атмосферными молекулами. При скорости метеора v = 60 км/с (а зеленая линия наблюдается в основном у быстрых метеоров) эта вероятность равна Р = 0,3 [426]. Полагая содержание кислорода в метеорном теле 50%, линейную плотность метеорных атомов в следе 3 -1016 см"1 (для метеора —2W,5), У. Баггали получил начальную линейную плотность ионов 0+ 4 • 1015 см-1. Поскольку лишь один из 12 ионов 0+ образует атом O0S), линейная плотность последних получается 3,3 • 1014 см"1. Эта величина близка к требуемой (для обнаружения фотографическим способом излучения в зеленой линии) линейной плотности 5 • 1014 см"1. Примерно такая же величина получится, если рассматривать ионизацию атмосферных атомов кислорода отлетающими молекулами, в соответствии с механизмом Я. Райх- ля [443]. Кроме реакций (26.1) и (26.2), различными авторами было предложено еще до десятка реакций, теоретически приводящих к возбуждению уровня lS°. Наиболее полный количественный анализ всех возможных реакций был выполнен У. Баггали [264], который показал, что, кроме реакций (26.1) и (26.2), ощутимый вклад в образование атомов [01] (15°) может дать только передача энергии от возбужденных молекул азота: N2 (Л32+) + О (3Р) -+ N2 (ХЧ£) + О (tf) + 2,0 эВ. (26.3) Верхнее (метастабильное) триплетное состояние моле- § 26. НЕКОТОРЫЕ НЕОБЫЧНЫЕ ЭМИССИИ 267 кулы азотаЛ32^~ это нижний уровень первой положительной системы полос азота, верхним уровнем которой является BzUgi в свою очередь, питаемый с уровня С3Пи с излучением второй положительной системы азота (рис. 63). Обе системы наблюдаются в метеорных спектрах. Состояние Л32и — верхнее для системы полос Вегар- да — Каплана, которая, наоборот, в спектрах метеоров никогда не наблюдается. Ее отсутствие в этих спектрах указывает на сильное затухание, причем ниже 90 км тушащими частицами являются молекулы Ог, а выше — атомы О с образованием О OS). Это совместимо с высот- о ным распределением эмиссии 5577 А. Расчеты У. Багга- ли [264] показывают, что необходимая для производства требуемого числа атомов 0(lS) линейная плотность молекул N2 (Л32£) должна быть 4 • 10й см"1, что при начальном радиусе ионного следа 1 м приводит к объемной концентрации 3 • 1010 см~3. Это значит, что на высоте 100 км от 0,15 до 0,3% молекул N2 должно быть в.первом триплетном состоянии. Однако необходимых данных о константах прямого ударного возбуждения верхних уровней метастабильного триплетного состояния в настоящее время пе имеется.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Некоторые необычные эмиссии» з дисципліни «Фізика метеоритних явищ»
