Особенности излучения смеси молекулярных газов
Жиляев Д.А., СмиРнов Б.М.

Поступила в редакцию: 28 Ноября 2023

DOI: 10.31857/S0044451024040047

PDF (950.7K)

Рассмотрен характер теплового излучения из слоя плотного газа, находящегося в локальном термодинамическом равновесии с излучением. Спектр излучения слоя газа, содержащего смесь молекулярных газов и микрочастиц, состоит из большого числа (сотен и тысяч) пиков, которые поднимаются над пьедесталом, отвечающим излучению микрочастиц. Исследуется изменение парциальных потоков излучения при изменении концентрации одной из активных компонент. Большое значение для проводимого анализа и расчетов имеет информация по излучательным параметрам молекул, которая содержится в банке данных HITRAN. Показано, что модель однородной атмосферы с усреднением по спектру для одной или всех компонент ненадежна при анализе изменения потока излучения в результате изменения концентрации одной из излучающих компонент. Эта модель удобна только для оценки интегральных параметров излучения газа. Модель плотного облака использует предположение, что излучение в разные стороны слоя определяются разными пространственными областями, не влияющими друг на друга, а также предполагает резкую границу для излучения дисперсной фазы. Эта модель работает тем лучше, чем больше оптическая толщина слоя относительно молекулярных компонент. Точность и возможности модели плотного облака демонстрируются расчетами потоков излучения, создаваемых стандартной атмосферой в области полос поглощения молекул углекислого газа. Показана принципиальная разница между изменением потока излучения из оптически плотного слоя газа с меняющейся температурой при изменении концентрации активной компоненты для однокомпонентной и многокомпонентной систем. В однокомпонентном газе изменение парциального потока излучения в результате изменения концентрации излучающей компоненты пропорционально градиенту температуры, тогда как в многокомпонентном газе изменение парциального потока излучения данной компоненты почти компенсируется обратным изменением за счет поглощения другими компонентами. Показана ошибка в пять раз в климатических моделях для изменения глобальной температуры в результате изменения концентрации атмосферного углекислого газа, поскольку в этих моделях пренебрегается поглощением излучения дополнительного углекислого газа молекулами воды и облаками. В дополнение к этому, представленные алгоритмы могут стать основой для создания усилителей излучения в области лазерных переходов для углекислого газа с длинами волн вблизи 9.5 и 10.6 мкм. Эти усилители подходят для мониторинга очагов горения на поверхности Земли со спутников, а также двигателей и энергетических установок, использующих сжигание горючих веществ. Чувствительность этих лазерных усилителей на порядки величины превышает чувствительность современных тепловизоров, а указанные для усиления спектральные линии лазерных переходов попадают в окно прозрачности атмосферы.