Популярная аэрономия

К сожалению, однако, рассказать о всех этих проблемах в рамках небольшой книги практически невозможно. Переходя к аэрономии нейтральных частиц, мы немедленно сталкиваемся с разнообразием и просто слишком большим количеством различных реакций. Например, в области высот 50 - 100 км при рассмотрении всего цикла процессов в кислородно-азотна-водородной смеси используют обычно систему из более чем 50 фотохимических реакций.

Естественно, описать такую систему сколь-нибудь подробно здесь невозможно. А без описания трудно объяснить и суть ряда проблем. Мы ограничимся поэтому рассказом о трех самых интересных и важных на наш взгляд проблемах, связанных с нейтральными частицами. Две из них (окись азота и атомный азот), как мы увидим ниже, тесно связаны между собой и создают одну большую проблему - пожалуй, наиболее острую и злободневную в современной аэрономии.

Что касается проблемы возбужденных частиц в верхней атмосфере, то это в значительной мере все еще "terra incognita". В течение последних пяти лет лишь начали понимать, какие возможности таит в себе физикохимия возбужденных частиц для решения ряда насущных вопросов физики верхней атмосферы и особенно ионосферной физики. И конечно, за этим направлением аэрономии большое будущее.

Что же касается ряда вопросов аэрономии нейтральных частиц, не нашедших здесь отражения (диссоциация кислорода, химия водородных соединений, образование "горячих" атомов гелия и др.), автор отсылает читателей к своей книге "Химия, атмосфера и космос" или к более поздним и более серьезным публикациям, список которых приведен в конце этой книги.

Эта неприятная окись азота

Если, как мы говорили, из всех ионосферных областей больше всего хлопот и экспериментаторам, и теоретикам доставила область D, то среди нейтральных частиц первенство по "вредности", несомненно, держит окись азота.

Трудности, возникающие при изучении окиси азота в верхней атмосфере, очень похожи на трудности в постижении природы и поведения области D. Точно так же экспериментальный подход упирается в технические проблемы, а взгляды на теорию претерпевают в течение последних 10 - 15 лет непрерывные изменения, поэтому не удается построить надежных теоретических моделей.

Посмотрим подробнее, в чем же тут дело. Земная атмосфера, как известно, представляет собой смесь в основном азота и кислорода. В такой кислородно-азотной смеси азотные и кислородные частицы, взаимодействуя между собой, неизбежно должны образовывать смешанные продукты - различные окислы азота. Последние обладают большой химической активностью и поэтому вновь легко взаимодействуют с другими атмосферными составляющими- О, O2, N и т. д., что приводит к целой системе сложных фотохимических превращений. Так начинается вся эта "кухня" с окислами азота.

Пути образования NO

Но здесь есть одна тонкость. Молекулярный азот, составляющий большую часть атмосферного газа ниже 100 км, очень инертен. Он ленив, он не хочет вступать ни в какие соединения. Если бы азот на всех высотах в атмосфере существовал только в форме молекул, описанных в этом параграфе, проблем просто не существовало бы, так как не существовало бы практически ни N0, ни других азотных окислов. Но все дело в том, что азот, хотя и слабо, подвержен диссоциации. Молекула N2 под воздействием внешних агентов может распадаться на два атома N, хотя и гораздо менее охотно, чем молекула кислорода. И вот эти порожденные диссоциацией атомы N своей активностью с лихвой компенсируют инертность их родителя - N2. Они готовы взаимодействовать с чем угодно, и с большой эффективностью. Именно они - то и "раскачивают" достаточно инертную систему N2 + O2 и служат инициаторами и активными участниками сложной и разветвленной цепи реакции, в которой замешана интересующая нас окись азота. Действительно, посмотрите на рисунок, на котором представлена примерная схема процессов, происходящих в кислородно-азотной смеси, когда в ней появляется атомный азот. Что и говорить - запутанная картина! Трудно даже понять, что из чего получается, и что во что переходит. Ясно только, что окись азота вовлечена в эту схему очень сильно. И начинать теоретическое изучение распределения N0 надо с процесса диссоциации N2, поскольку атомы N, как мы уже знаем, заваривают всю эту кашу. Но посмотрите вновь на рисунок. Одним из путей образования N0 является реакция О2 с атомами азота

Формула 41

а одним (и весьма важным) из путей гибели - реакция соединения с N

Формула 42