Исследование влияния электронно-возбужденного молекулярного азота на образование радикалов в атмосфере Титана

Проникновение солнечного ультрафиолетового излучения и высыпания высокоэнергичных частиц в атмосферу Титана вызывают процессы диссоциации и ионизации газов N2 и CH4, которые приводят к образованию атомов H, C, N и некоторых радикалов, необходимые для синтеза сложных органических молекул. В химических процессах с участием различных атомов и радикалов образуется множество тяжелых газообразных молекул. Молекулы могут превращаться в органические аэрозоли в реакциях объединения. Известен тот факт, что фотолиз и диссоциация CH4 связана с образованием радикалов CH3, CH2, CH, являющимися предшественниками всех других углеводородов, наблюдаемых в атмосфере Титана. Более того, остается неизвестным, какую роль электронно-возбужденный молекулярный азот может играть в возбуждении и диссоциации других молекул, поскольку эти процессы до сих пор не учитывались в фотохимических моделях.
В настоящей работе впервые рассмотрена электронная кинетика триплетных A3Σu+, B3Πg, W3Δu, B'3Σu–, C3Πu и синглетных состояний a'1Σu–, a1Πg, w1Δu N2 в нижней и средней атмосфере Титана во время высыпания космических лучей. В расчетах учитываются внутримолекулярные и межмолекулярные переносы энергии при неупругих столкновениях электронно-возбужденного молекулярного азота с молекулами N2, CH4, CO и C2H2. Изучено влияние электронно-возбужденных молекул N2 на образование радикалов CH3, C2H, C2H3 в нижней и средней атмосфере Титана на расстоянии 50-400 км.
Основные результаты этих расчетов следующие:
1. Расчеты показывают влияние увеличения плотности атмосферы на рассчитанные вклады электронно-возбужденных молекул N2 в образование радикала CH3. Увеличение концентрации N2 приводит к увеличению вкладов процессов переноса возбуждения с электронно-возбужденных молекул N2 на молекулы метана по сравнению с вкладом процесса прямой диссоциации СН4. Вклады триплетных и синглетных состояний N2 превышают вклад процесса прямой диссоциации в максимуме образования ионов на высоте h~75 км в 14 и 6 раз, соответственно.
2. Впервые показано доминирование вклада реакций метастабильного молекулярного азота с молекулами С2Н2, С2Н4 в образование радикалов C2H и C2H3. Из результатов расчетов видно, что вклады данных процессов переноса электронного возбуждения в образование радикалов C2H и C2H3 на несколько порядков превышают вклады других процессов во всем диапазоне высот. Следовательно, упомянутые межмолекулярные процессы обязательно должны быть приняты во внимание при изучении химической кинетики в нижней и средней атмосфере Титана.

Автор признателен правительству Российской Федерации и Министерству высшего образования и науки РФ за поддержку по гранту 075-15-2020-780 (N13.1902.21.0039)