Популярная аэрономия

В последние годы много говорилось о зависимости важнейшей ионосферной ионно-молекулярной реакции O+ + N2, с которой мы много раз встречались в этой книге, от колебательного возбуждения (колебательной температуры) азота. Недавние лабораторные данные показывают, что константа скорости этой реакции реагирует на изменение колебательной температуры N2 так же, как на изменение кинетической температуры ионов O+. Значит, при построении теоретических моделей области F2 (что сейчас очень развито из-за влияния этой области на распространение радиоволн) необходимо помимо прочих исходных данных знать и количество . колебательно возбужденных молекул азота. А это - еще плохо разрешимая задача. При этом, естественно, встает вопрос о том, как влияют (и влияют ли) колебательно возбужденные молекулы N2 и O2 на другие ионно-молекулярные реакции в ионосфере. Однако ответа на него пока нет.

О том, как могут влиять возбужденные атомы и молекулы на фотохимию нейтральных частиц, лучше всего говорит пример с окисью азота. Другая метастабильная частица - атомы O(1D)-активно вмешивается в цикл процессов с участием водорода и его соединений. Процессы с участием этих атомов приводят, к диссоциации молекул Н2 и Н20. А образующиеся при этом атомы водорода и молекулы гидраксила начинают в мезосфере весь тот сложный клубок из многих и многих реакций, который называется водородно-кислородным циклом.

Мы все время говорили о возбуждении нейтральных частиц. Ну а возбужденные ионы? Могут ли они существовать и какую роль должны играть? Увы, этот вопрос легче поставить, чем разрешить. Фотохимия метастабильных ионов все еще изучена плохо. Мы не знаем практически ни возможного количества таких ионов, ни эффективности процессов, в которых они могут участвовать. Есть лишь самые общие соображения о том, что это могут быть весьма важные процессы. Так, пресловутая ионно-молекулярная реакция O+ с N2, дающая в обычных условиях ионы NO+, должна, видимо, приводить к образованию ионов N2, а не NO+, если исходные ионы O+ находятся в возбужденном состоянии. Последствия такой перемены читателям должны быть ясны.

Есть указания на то, что диссоциативная рекомбинация молекулярных ионов должна происходить значительно медленнее (α*≈10-8см3×с-1), чем обычно, если эти ионы возбуждены на метастабильные уровни. И вновь важность этого факта для ионосферной фотохимии очевидна. Однако мы не имеем надежных данных, чтобы реально оценить оба указанных эффекта. Это предмет настоящих и будущих исследований.

Таково на сегодняшний день положение с изучением возбужденных частиц - обитателей эксайтсферы. Автору хотелось бы, чтобы читатель вынес главное: интерес к изучению природы и количества таких частиц в верхней атмосфере в последнее время непрерывно растет и этот интерес вполне оправдан, так как без учета роли метастабильных частиц нельзя полностью решить многие важные проблемы современной аэрономии.

Что же дальше? (Краткое заключение)

Итак, на страницах этой книги было рассказано об аэрономии. О том, что известно и устоялось, о новых идеях, которые лишь появляются, и о нерешенных проблемах, которые беспокоят специалистов.

Это - сегодняшний день аэрономии. Ну а можно ли заглянуть вперед и попытаться представить себе, как будет развиваться это направление науки в ближайшие 10 - 20 лет?

О практической значимости аэрономических исследований мы говорили во введении. Эта значимость и позволяет попробовать спрогнозировать будущее аэрономии. Ведь главное, что требуется от аэрономии в конечном итоге, - это знание различных характеристик верхней атмосферы, необходимое для практических нужд, иначе говоря - знание модели атмосферы.

Пока эти модели строятся - на основании чисто экспериментальных данных, "чистой" теории или совместно (так называемые "гибридные" модели) - для отдельных параметров или групп параметров, отдельных высотных областей или географических зон. Существуют модели эксайтсферы, области F2, распределения отрицательных ионов, полугодовых вариаций атомного кислорода и т. д.

Однако, как автор старался показать, все проблемы в аэрономии тесно связаны. И чем больше мы узнаем о физикохимии верхней атмосферы, тем больше таких связей мы обнаруживаем, причем подчас в самых неожиданных местах (кто, право, мог предположить 10 лет назад, что ионизационно-рекомбинационный цикл процессов в области F2 окажется прямо связанным со степенью возбуждения молекул N2, т. е. с состоянием эксайтсферы?). Особенно активно выступают в качестве "связующих" динамика, возбужденные составляющие и малые компоненты. А поскольку в последнее время мы все больше убеждаемся в важной роли, которую играют эти "связующие" в самых разных вопросах аэрономии, то неизбежно появляется все больше и больше примеров теснейшей взаимосвязи самых подчас далеких проблем верхней атмосферы.