Закон Кирхгофа в излучении смеси молекулярных газов
Жиляев Д.А., Смирнов Б.М.

Received: July 2, 2021

DOI: 10.31857/S0044451021120051

PDF (894.6K)

Рассмотрено взаимодействие между молекулами разного сорта через создаваемое ими тепловое излучение за счет перекрытия спектральных линий. Это излучение является результатом переходов между колебательными и вращательными состояниями молекул. Показано, что рассматриваемое взаимодействие управляется законом Кирхгофа, согласно которому каждая молекула является одновременно излучателем и поглотителем. Закон Кирхгофа лежит в основе анализа парникового эффекта в атмосфере вместе с данными банка HITRAN, который содержит информацию о параметрах излучательных переходов для многих молекул. В компьютерной программе, лежащей в основе данного анализа, используются излучательные параметры примерно двух тысяч спектральных линий, взятые из банка данных HITRAN. Рассмотренный аспект парникового эффекта в атмосфере Земли связан с изменением потока излучения на поверхность Земли в результате изменения концентрации одной из парниковых компонент. При анализе этой проблемы в рамках универсальных климатологических моделей, которые представляют собой сложные компьютерные программы с учетом основных и второстепенных атмосферных факторов, взаимодействием между парниковыми компонентами через создаваемое ими излучение пренебрегается, т.е. закон Кирхгофа игнорируется. Показано, что в случае, если изменяемой компонентой является углекислый газ, это приводит к ошибке примерно в 5 раз. Если этой компонентой являются молекулы атмосферной воды, это ведет к ошибке в 3 раза. В случае изменения концентрации двуокиси азота это дает завышение потока излучения в 2 раза, а в случае озона изменение потока излучения, создаваемого молекулами озона, а также изменение суммарного потока излучения совпадают. Как следует из проведенного анализа, рассматриваемый эффект связан с положением спектров молекул и скоростью излучательных переходов между состояниями молекул. Это подчеркивает важную роль банка данных HITRAN для решения рассматриваемых проблем.