Популярная аэрономия

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.

Мораль ясна - достаточно точно верхнюю атмосферу можно описать, лишь рассматривая полную глобальную модель, включающую все мыслимые процессы. Те частные проблемы, которые наука рассматривает сейчас, те ' ограниченные модели, которые сейчас строятся,- все это "кирпичики", которые будут сцементированы новыми идеями о взаимосвязи различных процессов и лягут в основу будущей Модели.

В идеале такая Модель, реализованная в мощной ЭВМ, должна быть способна ответить на любой вопрос о состоянии верхней атмосферы в данный момент (диагностика) и предсказать поведение любого из параметров на ближайшее будущее (прогноз). Для успешного проведения диагностики и прогнозирования Модель должна непрерывно и автоматически подпитываться текущими данными регулярных наблюдений на спутниках, на сети ионосферных станций, на станциях наблюдения за свечением атмосферы и т. д.

Разработка основ и схем Модели, изучение и уточнение различных процессов, взаимосвязей, моделей - вот куда, по мнению автора, будут направлены в ближайшем будущем усилия специалистов, занимающихся аэрономией. А сама Модель должна явиться логическим завершением их усилий.

Но, конечно, это дело будущего. И естественно, новые специалисты придут к тому времени в аэрономию. Автор был бы рад, если бы среди них оказались те, кто прочел эту книгу (хотя, как говорилось в самом начале, она написана в основном для специалистов, работающих в смежных науках) и кого она подтолкнула к серьезному изучению аэрономии. Но это мечты автора...

Тем, кто все же захочет познакомиться с более серьезной литературой по аэрономии, можно порекомендовать следующие монографии:

1. Уиттен Р., Попофф Дж. Основы аэрономии. Гидрометеоиздат, 1977.

2. Данилов А. Д., Власов М. Н. Фотохимия ионизованных и возбужденных частиц в нижней ионосфере. Гидрометеоиздат, 1973.

3. Ришбет Г. и Гариотт О. Физика ионосферы. Гидромегеоиздат, 1975.

4. Николе М. Аэрономия. "Мир", 1964. 295 с,

а также единственную известную автору научно-популярную книгу по близким вопросам: Красовский В. И. Штили и штормы в верхней атмосфере. "Наука", 1975. 136 с.

Популярная аэрономия

Впервые в популярной форме, рассказывается об аэрономии - молодой науке, изучающей структуру верхней атмосферы Земли и протекающие там физические и химические процессы. Дается описание современных представлений о структуре атмосферы и ионосферы на высотах 50 - 500 км и проблем, связанных с различными вариациями атмосферных и ионосферных параметров. Подробно излагается современная концепция цикла процессов образования и гибели заряженных частиц, который определяет существование ионосферы.

О книге

Для кого написана эта книга

Что такое аэрономия?

1. Как устроена атмосфера

Сколько на свете сфер

Атомы - молекулы

Эти бесчисленные вариации...

Откуда ветер дует?

2. Сфера заряженных частиц

Кое-что о структуре

Где сколько электронов

Как много разных ионов...

Какова температура электронов

3. Кто отвечает за образование ионосферы

Борьба между ионизацией и рекомбинацией

Главный источник - Солнце

4. Равновесные концентрации ионов

Что такое "время жизни"

Две основные реакции

Что во что переходит или окончательная схема процессов

Важный параметр с длинным названием

Когда зашло солнце

Борьба динамики и фотохимии

5. Загадочная область D

Самая нижняя - самая неясная

Почему это так трудно

Ищем источник ионизации

Не связывайтесь с ионами-связками!

Положительная сторона отрицательных ионов

И вновь о коэффициенте рекомбинации

6. Проблемы нейтральных частиц

Эта неприятная окись азота

Сколько в атмосфере атомного азота?

Возбужденные частицы - жители эксайтсферы