Составители:
Рубрика:
58
(дисперсионный), но его полуширина (лоренцовская полуширина) обусловлена конечным
временем жизни возбужденных состояний за счет столкновений молекул. Для
лоренцовской полуширины линий можно записать выражение [10, 14]:
π
ν
τπ
α
2
~
2
1
==
L
, (3.5.11)
где
ν
~
− частота столкновений (среднее число столкновений в единицу времени). Среднее
время между столкновениями молекул при давлении и температуре у поверхности Земли
составляет порядка 10
–10
сек, что дает оценку для
L
α
= 0.05 см
–1
. Лоренцовская
полуширина подчиняется следующей зависимости от давления и температуры:
2/1
0
0
0
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
=
T
T
p
p
LL
αα
, (3.5.12)
где
α
0L
− лоренцовская полуширина при давлении p
0
и температуре T
0
. Следует отметить,
что выражение (3.5.12) в части температурной зависимости полуширин лоренцовских
линий является приближенным. Поэтому в формуле (3.5.12) температурная зависимость
полуширин линий аппроксимируется в более общем виде с помощью множителя
ij
m
TT )/(
0
, где показатель m
ij
зависит от вида газа, полосы поглощения и конкретной
спектральной линии. Как показывают эксперименты и расчеты на основе современных
теорий уширения спектральных линий за счет соударений, показатель
m
ij
меняется в
диапазоне значений от 0.5 до 1.0.
В общем случае многокомпонентной газовой смеси уширение спектральных линий
осуществляется как за счет столкновений самих поглощающих (и излучающих) молекул,
так и "посторонних" молекул (например, молекул азота и кислорода
− основных газовых
составляющих атмосферы Земли). В первом случае говорят о
самоуширении, во втором −
об уширении "посторонним" газом или уширении. Существенно, что эффективность
соударений различных молекул может быть различной, и соответствующие полуширины
также отличаются при уширении различными газами. Поэтому полуширины одних и тех
же линий, вообще говоря, различны в атмосферах разных планет. В общем случае
лоренцовская полуширина зависит не только от общего давления, но и от парциальных
давлений различных атмосферных
газов.
Указанные эффекты самоуширения и взаимоуширения можно учесть, вводя в
выражение (3.5.11) в той или иной форме зависимость лоренцовской полуширины от
парциальных давлений поглощающего
р
a
и уширяющего p
b
газов:
)()(),(
babba
b
a
bbbaabaL
ppBpppppp +=
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+=+=
α
α
α
αααα
, (3.5.13)
где
α
b
и
α
a
− полуширины линий за счет столкновений "посторонних" (взаимоуширение) и
поглощающих (самоуширение) молекул,
B − фактор самоуширения. Учитывая, что полное
давление p = р
a
+ р
b
, имеем
))1((),(
abaL
pBppp
−
+
=
α
α
. (3.5.14)
Факторы самоуширения
B могут достигать больших значений. Например, для
спектральных линий водяного пара фактор самоуширения может достигать значений 5
−20
и более. В связи с этим учет эффектов самоуширения в атмосферах планет может быть
важен для ряда атмосферных газов, например, водяного пара в атмосфере Земли.
Особо обратим внимание на линейную зависимость полуширин лоренцовских линий
от давления атмосферы. Это приводит к тому, что контур
f
L
(
ν
−
ν
0
) сильно зависит от
Страницы
- « первая
- ‹ предыдущая
- …
- 56
- 57
- 58
- 59
- 60
- …
- следующая ›
- последняя »
