CC BY
38
УДК 551.51
РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЫСОКОВОЗБУЖДЕННЫХ АТОМОВ ВЕРХНЕЙ
АТМОСФЕРЫ
Ю.А. Непомнящий1, А.С. Пережогин1, 2, Б.М. Шевцов1
1 Институт космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН, 684034, Камчатский край, c. Паратунка, ул. Мирная, 7
2 Камчатский государственный университет имени Витуса Беринга , 683031, г. Петропавловск-Камчатский, ул.Пограничная д.4
E-mail: vicekam@gmail.com
В работе преставлены результаты данных ионозонда над Камчаткой в период появления D-слоя в ночное время. Одновременно получены спектры ночного неба в этот период с помощью спектроанализатора, установленного на лидарной станции ИКИР ДВО РАН.
Ключевые слова: верхняя атмосфера, спектры, высоковозбужденные атомы.
(с) Непомнящий Ю.А., Пережогин А.С., Шевцов Б.М., 2013
MSC 86A10
RESULTS OF THE STUDY OF HIGHLY EXCITED ATOMS OF THE UPPER ATMOSPHERE
Y.A. Nepomnyashchiy1, A.S. Perezhogin1, 2,
B.M. Shevtsov1
1 Institute of Cosmophysical Researches and Radio Wave Propagation Far-Eastern Branch, Russian Academy of Sciences, 684034, Kamchatskiy Kray, Paratunka, Mirnaya st., 7, Russia
2 Kamchatka state university by Vitus Bering, 683031, Petropavlovsk-Kamchatsky, Pogranichnaya st., 4, Russia
E-mail: vicekam@gmail.com
The results of Ionosonde data over Kamchatka during the emergence of D-layer at night are discussed. At the same time, the spectra of the night sky are represented at this period using a spectrum analyzer installed on Lidar Station of IKIR FEB RAS.
Key words: upper atmosphere, spectra, highly excited atoms
(c) Nepomnyashchiy Y.A., Perezhogin A.S., Shevtsov B.M., 2013
Введение
Высоковозбужденные (ридберговские) атомы в верхней атмосфере вызывают интерес широкого круга специалистов, благодаря способности оказывать влияние на распространение радиоволн и создавать помехи в работе коммуникационных и навигационных систем. Ридберговские атомы характеризуются эмиссией электромагнитного излучения в широком спектральном диапазоне и высоким сечением рассеяния, что позволяет наблюдать их возникновение различными дистанционными методами
[1].
Экспериментальные данные
Эксперимент проводился с помощью лидарного телескопа Ньютона (диаметр зеркала 60 см, фокусное расстояние 210 см) и спектроанализатора LaVision (табл. 1) с монохроматором Acton Spectra Pro 2500i (табл. 2). Схема установки представлена на рис. 1.
Рис. 1. Схема установки спектроанализатора: 1 - люк, 2- телескоп, 3 - спектроанализатор.
Таблица 1
Характеристики спектроанализатора
Тип матрицы CCD
Разрешение 1376(верт.)х1040(гор.)
Размер пикселя 6.45x6.45 (мкм)
Спектральный диапазон 190 - 900 (нм)
Квантовый выход (Я=520 нм) > 60%
Время накопления (макс.) 20 мин
В ночь с 28.02.2013 г. на 1.03.2013 г. проводилась серия спектральных снимков ночного неба каждые 30 минут со временем накопления сигнала 20 минут. Параллельно регистрировались данные ионозонда с периодом 15 минут. Полученные спектрограммы и ионограммы представлены на рис. 2-7. На рис. 2 отчётливо наблюдаются линии 557 нм и 630 нм. Остальные спектрограммы также показывают свечение на различных длинах волн. Ионозонд регистрировал спорадические высыпания электронов на высотах 100-150 км с критической частотой 1-5 МГц.
23:00-23:20 1 лл
Z
о b{J " Л - .
5 ои -о £ -
S О к -rn 1 І
н к Н П vWW **■ wA W д *к
51 Ї8 5J 6 5- 14 552 5( 50 5( д 58 5' ЛИН- '6 5Е вол 54 5е НЫЛ >2 6( нм )0 б( )8 6] б б: :4 б 32
Рис. 2. Спектр ночного неба 23:00-23:20
Рис. 3. Ионограммы 23:00, 23:15
23:30-23:50
С н 80 і 60 1 40 S £ 20 - н №
I 1
\Л* VJUГ м/т «А лХ Л X ** Wi /и
і—і U і 51 .8 536 544 552 560 568 576 584 592 600 60S 616 624 632 Дли ни волны А, нм
Рис. 4. Спектр ночного неба 23:30-23:50
Высота (км)
Рис. 5. Ионограммы 23:30, 23:45
00:00-00:20
1
і lb*
528 536 544 552 560 568 576 584 592 600 608 616 624 632
Дій НИ ВОЛНЫ А, нм
Рис. б. Спектр ночного неба 00:00-00:20
Station = prt; Date = 28.2.2013, Time = 12:00:00
Station = prt, Date = 28.2.2013, Time = 12:15:00
500
400
1 " ^ її1 і\Ч» її !| Iі і • і, , '« , ( i'l. і j 'i
й if" W /, 1 1 '"i ■і, і j'!1 ' 'f : ї |Т| 11 і '• ! і і і Iі , ■•і. і 11 і >■> 1 i'll.' / и V' 'i ll1 :i і ; і i( 11 | i і і 1 'v 1 1 "II '' і
і f г 'Iі . Ц'І Л FiH і 11 « ,i .1 i' !i пЛІ' 1'' і1 i- 1 и і і ' 11 ; ' 1 »! i- ! ' l|'i 1 \,l' *' ! 11 i! і h 1 і 1 1'. 1 I rl 1 . ' Iі '(l 1 ,1 , ' ;■ і • и
1 'і fj і'і і I'i Ш ІЛіГі] I iW '/ ffl 1 1 ■"In і 11‘ i ' і * 11 it ,1 \ ! Iі 1 'H і 'i 111 ll 1 /, 1,1,1 1 'll' 'l" !1,1 Iі" 1 l'
„ Г' 1 іЧ1 ж її L І 'і 'і Vі' 1 II ' Р’І Lr Jf'\\ Iі;! і л" ' 1 " І 1 jH I/i, (ll" Iі', , И 1 Iі 1 і 11 1 'i 1 ' і 1 ,rfj і .I1-1 1 і *i ' 4 11 и і' ' 1 (l і 1' 1 ' 1 '1 1 ■!' Л1 (1 t і
hi' і" і' in iV'i іі.'Ї IJVil' U 11 ■',i 1 'і' . 1' м! і !. Iі '■ 'Шиї II III r 1,1■ ,1 ' ! " її A1 і 1 f\ y; i,"' і її. її. ['",1і ; > / і і >i і1 I,-!1!’ і 1 ■' ' \л 1 I'1'' ■ !\ 1, 1 II
і і; \ і Viiil' 'і л 1 1 W і. .A!! і1 і ■ ; * <1J. н'.'і Ї' 1 , "» 1 ' '■ і „ 'l. ■' и i,i , i'll if і' і ii. 11 ■ 'M i'i ' V' "il |'| i'll' '1 ,i i'i Л 1 я. V II 1 1, I'l 1 1 . 1 1,
.I'll,і’ Iі и "і 'i'i.1' Vi і і,! |l!1' *\i . 1 ,1*4 Iі ■ V1!1 I1'.' 1
■ 500
І 400-
300-
Vj." і V ЇМ НІ., ||||||||‘ ї1 . ■ J- f
1 '< J <Y IF ,іі . іі .і: і і Iі % ' І!1 '■ -А' _г ■ і' і ',1 1 \ .1 . 1 ' , ! " 1 'і і 1 и 'і и ■ \\ 1 1 1 1 II 1 j \V, ■■ и
> 1 1 ft 'І її*. І», і ! . і L І' ' .1 '' у 'і , ' k ' 1 .1 j,1 * 'і1 і 1 '' .■"'іі '» j! "1 1 , 1 1 ,1 I 1 и
1 'і 1 ,Ч« № 1 5$5 /Іі 1 і і • 1 і • " ''і' 1 II ■її 1. Ні II 1 1 11 fj V 1 \ і і1 1 і 1' 1 ,V 11 1 1 ! Iі 1 1 Ml і , I' ' t Iі ' 1
і й 11 11 і"'ііі і ■'і 1 і' 1|'я 'і;1 " 'і \ І! 1 ' ! , і'1 І'' 'Vі i''1' ll', ■'/! ■ ■,'iV і' 1' \ 1, •1
ГГГі ■ll, I Ч 1 'І і|/ W" ii'j "і 1 'і'1." 'і. І!, Л 1 і м - і і, Iі і1'1 ' '!■ і1 |и' і М ‘ Ч1 і і1 .* і. і' С і і 1:1 У ;іis, і j ' Ї , I 1 'I 1 1 1 i; і
: ■ і Iі Iі " , 1. 1 ц1 1 Іі * її','{і їм,'' II \ if 1 І І,- 1' ! 1 ',4 і и,, ij і '"і'1 К.'ІІ •і,- v if»'1' 1 || Ні ¥і ф\ ■і > ' '' і) (••j '.(j1 і ' да ll 1 11 j ' 'J,. ■їііГ i'l 1 'l lid і і
лЧ'.і І 1 '] ,!/'л . 1 И л 1 ' і'» 11 .НІ 1 III .1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Частота (МГц)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Частота (МГц)
Рис. 7. Ионограммы 00:00, 00:15
Таблица 2
Идентификация линий
Длина волны (01) Aki (s-1) Ei (eV) Ek (eV) Нижняя конф. Терм Верхняя конф. Терм
555.4832 5.83e+05 10.988792 13.2201781 2s22p3(4S°)3p 3P 2s22p3(4S°)7s 3S°
555.5004 9.71e+05 10.988861 13.2201781 2s22p3(4S°)3p 3P 2s22p3(4S°)7s 3S°
555.5053 1.94e+05 10.988880 13.2201781 2s22p3(4S°)3p 3P 2s22p3(4S°)7s 3S°
557.7339 1.26e+00 1.9673640 4.1897461 2s22p4 1D 2s22p4 1S
630.0304 5.63e-03 0.000000 1.9673640 2s22p4 3P 2s22p4 1D
630.0304 2.11e-05 0.000000 1.9673640 2s22p4 3P 2s22p4 1D
Длина волны (Ы) Aki (s-1) Ei (eV) Ek (eV) Нижняя конф. Терм Верхняя конф. Терм
555.7383 9.94e+05 11.750091 13.9804531 2s22p2(3P)3p 4D° 2s22p2(3P)5d 4F
556.0337 1.42e+06 11.763846 13.9930229 2s22p2(3P)3p 4D° 2s22p2(3P)5d 4F
556.4265 1.21e+06 11.757531 13.9851347 2s22p2(3P)3p 4D° 2s22p2(3P)5d 4F
556.4265 1.06e+06 11.752894 13.9804977 2s22p2(3P)3p 4D° 2s22p2(3P)5d 4F
556.4377 3.96e+05 11.752894 13.9804531 2s22p2(3P)3p 4D° 2s22p2(3P)5d 4F
557.5872 3.42e+05 11.757531 13.9804977 2s22p2(3P)3p 4D° 2s22p2(3P)5d 4F
557.5984 2.81e+04 11.757531 13.9804531 2s22p2(3P)3p 4D° 2s22p2(3P)5d 4F
572.9350 8.87e+04 11.995575 14.15899 2s22p2(3P)3p 4S° 2s22p2(3P)6d 4P
Заключение
На основании информации электронного каталога спектральных линий атомов
[2] произведена идентификация спектральных линий. Обнаружено наличие возбуждённых атомов с главным квантовым числом 7 для атомарного кислорода и 5 для атомарного азота.
Библиографический список
1. Голубков Г.В., Иванов Г.К. Ридберговские состояния атомов и молекул и элементарные процессы с их участием. М.: Либроком, 2009.
2. Электронный каталог спектральных линий атомов: УИЬ: http://physics.nist.gov/PhysRefData/ASD/lines.html
Поступила в редакцию / Original article submitted: 18.11.2013
