Молния - Юман М.
Скачать (прямая ссылка):
219
тов которого образуется при переходе приблизительно с одинакового
верхнего энергетического уровня и имеет примерно одинаковую длину волны.
Из (5.6) и (5.10) следует, что для оптически тонкого изотермического
канала отношение интенсивностей различных линий, составля-
уГ%
О
-о
ю
Рис. 5.8. Относительная интенсивность линий мультиплета N11 (5) для
импульса молнии. Пунктирной линией показан фон [54].
ющих мультиплет, зависит только от отношений gf. Юман и Орвил [54]
теоретически показали, что даже ддя интегрированных по времени спектров,
если каналы оптически тонкие, отношения интенсивностей линий будут
зависеть только от отношений gf.
В табл. 5.2 дается сравнение между измеренными отношениями интенсивностей
в двух молниевых мульти-плетах Nil и результатами теоретических расчетов
и лабораторных экспериментов. Юман и Орвил пришли к выводу, что канал
молнии является оптически тонким для интересующих нас мультиплетов по
крайней мере
220
5. Спектроскопия молнии
Таблица 5.2
Величины отношений интенсивностей линий в двух молниевых мультиплетах N11
(В и 5) для 5 разрядов молний [54]
Обозначение импульса Средняя температура возбуждения1, К N11
(3) N11 (5)
А в С D Е F G
я2 2,6 8,0 3,0 3,8 5,0 3,8 3,0
63 2,8 9,9 3,2 4,1 7,2 4,8 2,9
А1 24400+ 800 2,8 2,6 2,7 4,1 3,1 2,3
А2 27800 + 400 2,4 2,1 3,1 4,4 3,8 1,9
АЗ, № 1 24900+ 400 3,0 2,9 3,1 3,5 3,1 2,3
АЗ, № 2 26600+ 600 3,1 2,7 3,6 4,6 3,1 2,1
В1, № 1 26900± 600 2,4 6,8 2,9 2,5 4,2 3,4 2,0
В1, № 2 28400 + 1000 2,7 7,6 2,4 2,8 4,3 3,5 2,2
В1, № 3 27500+ 900 2,8 6,5 3,0 2,8 4,0 3,5 2,2
С1, № 1 24200+ 900 2,5 6,7 2,8 3,8 4,6 3,5 2,4
С1, № 2 24700 + 500 2,8 7,2 3,1 3,2 6,1 3,3 2,3
Буквами обозначены следующие измеренные величины отношений интенсивностей
линий: А = (56796,6 + 5686,2 + 5676,0)/5666,6; В = (5679,6 + 5686,2 + +
567б,0)/5710,8; С = 4630,5/4601,5; D = 4630,5/4607,2; ?=4630,5/4613,9; F
= = 4630,5/4621,4; G = 4630,5/4643,1.
1 Из работы [41].
* Теоретически вычисленное отношение gf [22].
* Измеренное отношение gf [28].
большую часть времени, в течение которого эти мульти-плеты экспонируются
на пленке. Исходя из рассчитанных коэффициентов поглощения для N11 4630,5
А и из измеренной оптической толщины, Юман и Орвил определили, что
эффективный диаметр, внутри которого находятся излучающие атомы N11,
должен быть менее миллиметров.
Поскольку канал молнии оптически тонок для интересующих нас линий N11 и
энергетические уровни, которые приводят к появлению этих линий, населены
согласно статистике Больцмана в течение интервалов времени ~0,1 мкс
(разд. 5.3), из (5.7) можно рассчитать температуру молнии. Такие расчеты
из интегрированных по времени спектров производятся в предположении, что
темпе-
5.5. Спектроскопические исследования после 1960 г.
221
ратура возвратного удара постоянна во времени и в поперечном сечении
канала. Поскольку это не так, то рассчитанная температура будет
представлять некоторую среднюю величину. Прюэйт [41 ] рассчитал эту
среднюю температуру, которую он назвал температурой возбуждения, для
девяти различных импульсов, используя модификацию уравнения (5.7) для
пяти мультиплетов N11. Эти данные включены в табл. 5.2. Интервал средних
температур заключен между 24 200 и 28 400 К.
Хотя нельзя определить ошибку, которая порождается предположением, что
свойства канала однородны по его радиусу, все же можно оценить ошибку,
которая возникает потому, что температура возвратного удара
предполагается постоянной во времени. Юман [51] проинтегрировал уравнение
(5.6) с помощью ЭВМ для двух мультиплетов N11 (4041 и 3995 А) в
предположении различного характера изменения температуры со временем.
Отношение интегральных интенсивностей мультиплетов сравнивалось с
измеренным отношением подбором пиковой температуры для данного характера
изменения температуры от времени. Установлено, что если средняя
температура была около 24 000 К, то пиковая температура отличалась от
средней не более чем на 10%. Этот результат вполне разумен, поскольку в
интересующем нас температурном интервале интенсивность линий N11 быстро
возрастает с температурой, поднимая таким образом среднюю температуру до
пиковой. Этот метод анализа справедлив только для пиковых температур ниже
30 000 К. Дополнительные сведения относительно расчета пиковой
температуры представлены ниже в этом разделе. Следует отметить, что
температура молнии может достигать очень высоких значений на очень
короткое время, при этом интенсивность линии на интегрированном по
времени спектре не выйдет за пределы возможных измерений; таким образом,
пиковая температура в действительности означает наивысшую температуру
канала возвратного удара, которая сохраняется в течение нескольких
микросекунд или более.
После определения температуры возвратного удара для оценки электронной
концентрации, давления, степени ионизации и других свойств канала можно
применить
222
5. Спектроскопия молнии
