Исследование механизмов образования электронно-возбужденного синглетного кислорода и свечения Атмосферных полос О2 в нижней полярной ионосфере

Рассмотрены процессы возбуждения синглетного кислорода и свечения Атмосферных полос O2(b1Σg+,v') → O2(a1Δg,v") + hν в нижней полярной ионосфере (80-120 км). Расчет проведен для различных процессов.
1. Процесс прямого возбуждения синглетного состояния молекул кислорода авроральными электронами.
2. Процесс возбуждения метастабильного атомарного кислорода O(1D) авроральными электронами и реакция переноса энергии электронного возбуждения с метастабильного атомарного кислорода O(1D) при столкновении с молекулами O2(X3Σg–).
3. Процесс переноса энергии электронного возбуждения с метастабильного молекулярного азота N2(A3Σu+) при столкновении с молекулами кислорода O2(X3Σg–) на состояния Герцберга c1Σu–, A'3Δu,, A3Σu+ с последующими переходами в состояние b1Σg+ при неупругих молекулярных столкновениях, а также при столкновении с атомами кислорода О(3Р), когда происходит возбуждение синглетного состояния 1S с последующим переходом в состояние 1D с излучением линии 557.7 нм и возбуждением O2(b1Σg+,v'=0,1) при столкновениях с О(1D).
4. Процесс возбуждения метастабильного атомарного кислорода O(1S) авроральными электронами с последующим излучением линии 557.7 нм и возбуждением O2(b1Σg+,v'=0,1) при столкновениях с О(1D).
Проведен расчет вкладов всех четырех процессов в свечение полос 762 нм (переход с v'=v"=0) и 771 нм (переход с v'=v"=1) для высыпаний авроральных электронов с энергиями 40 кэВ. Было показано, что для обоих колебательных уровней v'=0,1 состояния b1Σg+ значительный вклад в возбуждение вносит процесс (2) с участием метастабильного атомарного кислорода O(1D). Кроме того, для v'=0 существенный вклад вносит прямое возбуждение авроральными частицами (1). Что касается процессов переноса энергии электронного возбуждения с метастабильного молекулярного азота N2(A3Σu+), то результаты расчетов не показали значительного вклада в возбуждение O2(b1Σg+). Этот результат расходится с выводами канадских ученых [Gattinger et al., 1996, Ann. Geophys., v.14, p.687] и [Llewellyn et al., 1999, Ann. Geophys., v.17, p.913], где утверждалось о доминирующем вкладе процесса (3) в образование O2(b1Σg+) на нижних высотах авроральной ионосферы. Авторы тех исследований предполагали, что при взаимодействии (3) происходит перенос энергии возбуждения на молекулу О2 с последующим образованием O2(b1Σg+). Однако квантово-химические расчеты и экспериментальные данные указывают на то, что при взаимодействии N2(A3Σu+,v'>0) с О2 происходит главным образом процесс диссоциации молекулы кислорода, а при взаимодействии N2(A3Σu+,v'=0) с О2 только около половины неупругих взаимодействий приводят к возбуждению состояний Герцберга c1Σu–, A'3Δu, A3Σu+ в процессе (3).