Файл: Омхольт, А. Полярные сияния.pdf

водорода в водородном газе. Даже при этом вычисленные значения интенсивности линии водорода в функции энер­ гии частицы могут содержать ошибку 100%.

На основе этих данных и методов Изер [32] получил

при столкновении нейтрального атома,, причем они срав­ нительно более неопределенны. Для более подробного оз­ накомления с этими вычислениями читатель отсылается к

обзору Изера [32].

Путем интегрирования по энергиям протонов Изер [31, 32] получил зависимости интенсивностей На и Hß на один

падающий протон от начальной энергии протонов (табл. 3.1). Линия La должна быть примерно в 10 раз сильнее, чем На

[32].

Таблица 3.1

Столкновения протонов в воздухе. Интенсивности линий водорода

3.2.5.Соотношение между линиями водорода и поло­

сами первой отрицательной системы N2 . Раньше предпо­ лагалось [17, 62], что соотношение между скоростью полной ионизации и интенсивностью возбуждения полос первой отрицательной системы N2 + примерно одно и то же как для протонного, так и для электронного столкновения. Исходя из эффективного сечения ионизации для протонов в духе, Изер [31] получил иной результат.

Однако вклад в ионизацию N2 протонами дают реакции:

Реакция (3.18) имеет эффективное сечение, которое увели­ чивается с ростом энергии протонов примерно до 100 кэВ [9], тогда как эффективное сечение реакции (3.19) резко уменьшается с увеличением энергии [27]. Было измерено эффективное сечение возбуждения протонами полос первой отрицательной системы N2+ [21, 48], а также полное эффек­ тивное сечение ионизации N2 [48]. По-видимому, для энер­

80 ГЛАВА 3

гий выше 10 кэВ отношение между полной скоростью иони­ зации и интенсивностью эмиссии X 3914 около 30, что близко к подобному отношению для электронов (разд. 2.2). Для более низких энергий это отношение быстро растет с уменьшением энергии. При 3 кэВ отношение близко к ІО3, а при 1 кэВ — к 2 -102.

Однако вторгающиеся протоны будут подвергаться ряду актов нейтрализации и последующей ионизации, в результате чего, если их энергия ниже 30 кэВ, они будут находиться большую часть времени, прежде чем замедлят­ ся, в виде атомов водорода (п. 3.2.2). Следовательно, ре­ акции

могут играть столь же важную роль, как (3.18) и (3.19). Было измерено также эффективное сечение возбуждения полос первой отрицательной системы Na+ при столкнове­ нии с атомами водорода [21, 48]. В работе [48] приведены измерения эффективного сечения ионизации при соуда­

Втабл. 3.2 даны оценки интенсивности X 3914 на протон

иотношения между интенсивностями эмиссий X 3914 и водорода. Для получения этих значений были использо­ ваны интенсивности На и Hß, приведенные в табл. 3.1, значение 38 для соотношения между полной скоростью ио­ низации воздуха (включая кислород) и интенсивностью эмиссии X 3914 (за исключением значения при 3 кэВ, для

которого использовалось значение 120) и отношения 1,00; 0,34 и 0,075 ка-к приемлемые оценки для относитель­ ных интенсивностей (в фотонах) эмиссий полос X 3914, 4278 и 4709 соответственно (см. [74]). Кроме того, предпо­ лагалось, что в среднем протон теряет около 36 эВ на обра­ зование пары ионов независимо от первоначальной энер­ гии (ср. [22]). Данные табл. 3.2 следует рассматривать как довольно приближенные. Кроме того, следует надле­ жащим образом объяснить тот факт, что вторичные элек­

ловиях, через которую проходит поток частиц. Величину d^/dv можно получить из лабораторных данных по бомбар­ дировке воздуха протонами.

Каждый излученный фотон подвергается допплеровско­ му смещению, соответствующему компоненте скорости частицы V в направлении излучения. Здесь мы определим результирующее допплеровское уширение линий водорода в функции первоначального энергетического распределе­ ния протонов и их распределения по питч-углам.

Рассмотрим моноэнергетический поток падающих про­ тонов с начальной скоростью ѵ0 и распределением по питчуглам 11 (Ѳ) (пропорциональным числу протонов в единицу времени, на единицу поперечного сечения через поверхность под прямым углом к вектору скорости в 1 ср и нормирован­ ным таким образом, что

Т./2

j1 т] (Ѳ) cos Ѳ2тсsin ѲdB — 1). 6

Далее, мы пренебрегаем рассеянием, так что питч-угол постоянен во всей атмосфере для данной частицы.

Интенсивность излучения (в фотонах) для атомов водо­ рода, движущихся со скоростью V в интервале dv, имею­ щих питч-угол Ѳ и содержащихся в телесном угле dQ на одну частицу в пучке дается уравнением

Пусть p (vr, vy, vz) — плотность фотонов, которые излу­ чены протонами, движущимися со скоростью V, описанная в пространстве скоростей излучающих частиц. В прямоу­ гольной системе координат с осью z вдоль магнитного поля будем иметь

Используя уравнение (3.23), получаем

Фотоны излучаются атомами, имеющими различные скорости, так как протон-водородный пучок уменьшает скорость по мере проникновения в атмосферу. Излучающие