В ходе неупругих столкновений испарившихся атомов метеороида с молекулами и атомами воздуха происходит возбуждение и ионизация как метеорных, так и атмосферных атомов и молекул. В результате вдоль пути метеора образуется ионный с л ед, точнее говоря, ионно-электронный след, поскольку в нем присутствуют как ионы, так и электроны, а след в делом квази- пейтрален. Основы теории метеорной ионизации были заложены в 1933 г. Э. Эпиком [421]; теория была им значительно усовершенствована в работах 1955—1958 гг. [426, 428]. 11 осле того как выяснилась возможность непосредственных наблюдений метеорных следов методами радиолокации, трудами ряда авторов, начиная с Н. Херлофсона [343], была развита теория образования и разрушения ионных следов метеоров, теория отражения ими дека- метровых радиоволи и изучены (в теории и на практике) богатые возможности, которые дает радиолокационный метод исследований метеорных явлений (см. соответствующие ссылки в § 2). В этой главе мы рассмотрим только те вопросы, которые связаны с физикой явлений, сопровождающих образование и разрушение ионного следа, и не будем затрагивать вопросы, относящиеся к теории, технике н практическим применениям радиолокационных наблюдений, отсылая интересующихся к работам [20, 96, 98, 119, 238, 239, 393]. Важнейшей характеристикой ионно-электронного следа, образуемого метеороидом на некотором участке его пути в атмосфере, является линейная электронная плотность а, т. е. число электронов на сантиметр длины следа. Эта величина представляет собой аналог мгновен- 284 ГЛ. V. МЕТЕОРНАЯ ИОНИЗАЦИЯ ной интенсивности излучения метеора / и выражается уравнением ионизации (3.4), по форме подобным уравнению свечения (3.3), « = -£4г* (27.1) где \х — средняя масса молекул (атомов) метеороида, р — коэффициент ионизации, равный числу свободных электронов на один испарившийся метеорный атом. Коэффициент (J подобен коэффициенту эффективности излучения т. Как и т, величина [1 является функцией скорости .метеора v и выражается обычно степенной зависимостью Р = РоЛ (27.2) Вопрос о применимости этой зависимости, а также о наиболее обоснованных значениях fl0 и А;, в течение многих лет служил предметом дискуссии (как и в случае коэффициента эффективности излучения). Некоторое подобие вида формул (27.1), (27.2) с соответствующими формулами теории излучения метеоров (20.1), (20.3) неслучайно, поскольку процессы ионизации и возбуждения (приводящего к свечению) физически подобны и вызываются одними и теми же причинами. Величины (i и т обе безразмерны, но размерности а и / различны. Как показали в 1955 г. Г. Месси и Д. Сайда [394], коэффициент ионизации может быть выражен в виде (20.18) 2 Ei J ±F' (27-3) где o„ Gd — сечения ионизации и диффузии (передачи импульса), Eq — начальная кинетическая энергия атома, Ei — энергия ионизации. Вопрос об эффективном сечении диффузии ed уже рассматривался в § 20. Наиболее обоснованная зависимость Gd(v) была получена Ю. И. Портнягиным и В. С. Тохтасьевым [183] и может быть аппроксимирована предложенной нами формулой (20.22) или следующей аппроксимационной формулой, предложенной § 27. ОБРАЗОВАНИЕ ИОННОГО СЛЕДА 285 авторами работы [183]: od = 7,15iT1>e In (1 + 0,074у0'83) .1(Г14см2. (27.4) Обе формулы дают согласующиеся результаты с точностью до 2%, но формула (20.22) проще для вычислений. Эффективное сечение ионизации о* неоднократно определялось экспериментально и теоретически. Сводки данных по этому вопросу по состоянию на 1966—1969 гг. имеются в монографии [98] и работах [140, 463, 477]. Первые экспериментальные измерения сечений ионизации при столкновениях метеорных атомов Na, К, Са, Fe, Si, Mg с молекулами N2 и 02 выполнили в 1960— 1963 гг. Ю. Ф. Быдин и А. М. Бухтеев [56, 57]. Измеренные ими сечения были использованы во многих работах. Однако анализ условий эксперимента и сравнение с другими исследованиями показали, что полученные ими сечения занижены, поскольку приемное устройство регистрировало ионы, рассеянные под углами не более 1°48'. Как считают Г. Сэведж и Ч. Бойтнотт [460], сечения, измеренные Быдиным и Бухтеевым, нужно увеличить в 20 раз, чтобы привести основанные на них расчеты коэффициента ионизации Д. У. Сайда [463] в согласие с экспериментальными значениями Дж. Слэттери и Дж. Фрихтенихта [467]. Сами Сэведж и Бойтнотт получили сечения ионизации Са и Mg в столкновениях с молекулами N2 в диапазоне энергий 400—2000 эВ (что соответствует диапазону скоростей 38—85 км/с) на порядок больше, чем у Быдина и Бухтеева. Д. У. Сайда в работе [463] выполнил весьма подробное исследование вопроса о сечениях и коэффициенте ионизации. Используя экспериментальные результаты Ю. Ф. Быдина, А. М. Бухтеева [56, 57] и Н. Аттербека [477] и применяя экстраполяцию в область скоростей, не охваченных экспериментом, вида <*i<*>{v-Vi)*, (27.5) где и{ — минимальная скорость, при которой возможна ионизация, Д. У. Сайда подсчитал значения р для ряда элементов, входящих в состав метеороида, а также для среднего состава хондритов — всё в диапазоне скоростей 20—70 км/с. Полученный им ход $(v) Сайда сравнил с 286 ГЛ. V, МЕТЕОРНАЯ ПОНИЗЛЦИЯ результатами других авторов [98, 364, 426, 467, 478] (рис. 68). Мы видим, что при более или менее удовлетворительном согласии наклонов кривых абсолютные значения сечений различаются на два порядка.
Ви переглядаєте статтю (реферат): «Образование ионного следа» з дисципліни «Фізика метеоритних явищ»
