ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Происхождение и общая характеристика спектров поглощения атмосферных газов из "Атмосферная оптика Т.3 " В интересующем нас диапазоне шкалы электромагнитных волн поглощение излучения обусловлено в основном колебательно-вращательными переходами в молекулах атмосферных газов. В связи с этим основное внимание сосредоточим на происхождении вращательных и колебательно-вращательных спектров этих газов. Более подробную информацию по этим вопросам читатель найдет в монографии [5]. [c.8] Вращающуюся молекулу приближенно можно рассматривать как вращающееся твердое тело (жесткий волчок). При таком рассмотрении все молекулы могут быть разделены по вращательным свойствам на четыре группы в зависимости от соотношения между тремя главными моментами инерции /а, /ь, /с относительно трех главных осей инерции молекулы (табл. 1.1). [c.8] Молекулы типа сферического волчка. Уровни вращательных энергий у молекул этого типа определяются теми же формулами, что и в случае линейных молекул. Степень вырождения уровней для этих молекул различна, в связи с этим отличается и распределение молекул по вращательным состояниям. [c.9] Молекулы типа симметричного волчка. В планетарном масштабе нет таких газов, молекулы которых относились бы к этому типу, поэтому не будем рассматривать этот вопрос. Интересующихся читателей отсылаем к монографии [5. [c.9] Молекулы типа асимметричного волчка. В этом случае не удается получить для вращательной энергии простые формулы. Например, для определения энергии вращения с / 3 приходится решать уравнения третьей, четвертой и т. д. степеней. Соответствующие расчеты для модели жесткого асимметричного волчка проведены для значений / = 40 [8]. [c.9] Для молекул этого типа вращательный уровень с данными значениями / расщепляется на 2/+1 уровней, которые обозначаются с помощью индекса т. Правила отбора для молекул типа асимметричного волчка разрешают переходы с изменением вращательного квантового числа А/—О, 4=1. При этом переходы с Л/=0 образуют ветвь Q, а переходы с Л/=+1 и А/=—1 дают ветви R Р полосы спектра поглощения соответственно. [c.9] Центробежное растяжение молекул этого типа вызывает смещение уровней энергии тем более значительное, чем больше значение вращательного квантового числа. [c.9] Правилами отбора разрешены переходы между уровнями энергии гармонического осциллятора, удовлетворяющими условию Д1/=Чг1, причем для молекулы, представленной набором гармонических осцилляторов, может происходить одновременно переход только в одном из осцилляторов. [c.10] Учет ангармоничности колебаний молекул приводит к появлению в выражении для колебательной энергии членов второго и более высоких порядков. [c.10] Расстояния между уровнями энергии соседних состояний в ангармоническом осцилляторе уменьшаются с увеличением квантового числа V, что вызывает появление серии частот колебаний. Существенно изменяются правила отбора, теперь разрешены все переходы, удовлетворяющие условию ЛК=1, 2, 3, и, кроме того, возможны переходы одновременно в нескольких осцилляторах. [c.10] Переходы, для которых ЛУ=2, 3,. .., обусловливают появление соответствующих обертонов основных частот, а одновременно изменение различных колебательных квантовых чисел приводит к появлению составных частот колебаний. Наконец, переходы с колебательных уровней, для которых начальное значение колебательных квантовых чисел больше или равно 1, дают частоты горячих колебаний. [c.10] Колебательно-вращательные спектры молекул. Каждому колебательному уровню энергии молекулы соответствует серия вращательных уровней, в связи с этим каждый колебательный переход в ансамбле молекул соответствует совокупности линий в спектре, называемой колебательно-вращательной полосой. [c.10] Величина — = оо определяет частоту чисто колебательного перехода или частоту нулевой линии, соответствующей значениям ] — / = 0. Переход, соответствующий нулевой линии, запрещен правилами отбора. Положение этой линии определяется расчетным путем. [c.11] В отличие от чисто вращательных спектров для переходов, определяемых формулой (1.6), необходимо рассматривать не только значения / 0, но и А/ 0, а в отдельных случаях и Л/=0. [c.11] В случае линейных многоатомных молекул положение вращательных линий в колебательно-вращательной полосе определяется формулой, аналогичной (1.6), только вращательные постоянные в ней зависят от всех колебательных квантовых чисел молекулы. [c.11] В молекулах типа сферического волчка положение вращательных линий в колебательно-вращательной полосе определяется такой же формулой, что и для многоатомных линейных молекул. Взаимодействие колебательного и вращательного движений молекулы обусловливает расщепление трижды вырожденных колебаний и существенно усложняет характер тонкой структуры колебательно-вращательных полос. [c.11] Характер колебательно-вращательного спектра у молекул типа симметричного волчка сложнее, чем у линейных молекул и молекул типа сферического волчка, в особенности если направление дипольного момента не совпадает с осью молекулы. [c.11] Наиболее сложные колебательно-вращательные спектры имеют молекулы типа асимметричного волчка. Правила отбора в этих молекулах зависят от того, по какой оси направлен дипольный момент перехода. [c.11] На характер колебательно-вращательной структуры полос молекул всех типов, положение центров линий, их форму и интенсивность существенное влияние оказывают взаимодействия колебательного и вращательного движений молекул, межмолекулярные взаимодействия в ансамбле молекул, резонансные возмущения уровней, силы Кориолиса. Корректный учет всех этих эффектов представляет собой весьма сложную и трудную задачу (см. гл. 2). [c.11] Вернуться к основной статье