Солнечные протоны играют важную роль в атмосфере Земли. Частицы обычно характеризуются мягкими энергетическими спектрами (энергии порядка нескольких сотен МэВ), но иногда наблюдаются релятивистские энергетические протоны. Они обнаруживаются наземными нейтронными мониторами, размещенными в полярных областях, как Ground Level Enhancements (GLE). Использование данных сети нейтронных мониторов позволяет определять спектры высокоэнергетических протонов, выбрасываемых в атмосферу Земли. Высыпания высокоэнергичных частиц вызывает увеличение нечетных азота NOx и нечетного водорода HOx на высотах высокоширотной атмосферы за счет каскада процессов диссоциации, ионизации и рекомбинации.
Рассмотрены механизмы образования колебательно-возбужденных молекул NO и N2 на высотах средней атмосферы Земли при высыпании высокоэнергетических протонов. Расчеты сделаны для события GLE69 (20.01.2005). Основные результаты этих расчетов состоят в следующем.
1. Моделирование колебательных населенностей N2(X1Σg+,v=2-30) во время события GLE69 на высотах средней атмосферы показало вклад различных механизмов образования колебательно-возбужденных молекул азота N2(X1Σg+,v>0). Во-первых, возбуждение вторичными электронами является основным для всех колебательных уровней v=1-10 основного состояния молекулы. Во-вторых, получено, что внутримолекулярный процесс переноса электронной энергии в столкновениях N2(A3Σu+,v=0-5)+N2 доминирует при колебательном возбуждении высоких колебательных уровней v=20-30 основного состояния.
2. Исследование колебательных заселенностей NO(X2Π,v=1-20) во время события GLE69 на высотах средней атмосферы показало, что химическая реакция метастабильного атомарного азота N(2D) с молекулярным кислородом О2 является основным механизмом образования колебательно-возбужденных молекул окиси азота NO(X2Π,v>0) и излучения 5,3 мкм и 2,7 мкм инфракрасных полос NO на высотах потери энергии высыпающихся протонов. Показано, что относительный вклад VV'-процесса может быть значительно увеличен и сравним с вкладом химического процесса в тех случаях, когда концентрации окиси азота [NO] возрастают до значений порядка концентраций молекулярного азота [N2] в атмосферной смеси газов.

Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 18-77-10018) «Потоки высокоэнергичных заряженных частиц в околоземном космическом пространстве, и их воздействие на атмосферу Арктики»