Infrared Glow of Nitric Oxide in Earth’s Middle Atmosphere during GLE Events of the 23rd Solar Cycle

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

The article considers the production kinetics of vibrationally excited NO(X2Π,  > 0) molecules at heights of Earth’s middle atmosphere during the precipitation of high-energy protons. The intensity profiles of the luminescence of the infrared bands of nitric oxide at 5.3 and 2.7 μm were calculated for precipitation of high-energy protons into Earth’s atmosphere during the events GLE65, GLE67, GLE69, and GLE70 of the 23rd solar cycle. Calculations have shown that the highest integral luminescence intensity values of the 5.3 and 2.7 μm bands were obtained for GLE69: 5.7 and 0.18 kR (kilorayleighs), respectively. Comparison of the calculation results for the 5.3 µm band during the GLE69 event with experimental data obtained from the TIMED spacecraft on January 20, 2005, showed that the calculation results were overestimated by a factor of 2.

作者简介

A. Kirillov

Polar Geophysical Institute

Email: kirillov@pgia.ru
Apatity, Murmansk oblast, Russia

V. Belakhovsky

Polar Geophysical Institute

Email: belakhov@mail.ru
Apatity, Murmansk oblast, Russia

E. Maurchev

Polar Geophysical Institute; Pushkov Institute of Terrestrial Magnetism, Ionosphere, and Radio Wave Propagation

Email: belakhov@mail.ru
Apatity, Murmansk oblast, Russia; 108840, Moscow, Troitsk, Russia

Yu. Balabin

Polar Geophysical Institute

Email: belakhov@mail.ru
Apatity, Murmansk oblast, Russia

A. Germanenko

Polar Geophysical Institute

Email: belakhov@mail.ru
Apatity, Murmansk oblast, Russia

B. Gvozdevsky

Polar Geophysical Institute

编辑信件的主要联系方式.
Email: belakhov@mail.ru
Apatity, Murmansk oblast, Russia

参考

  1. − Гордиец Б.Ф. Колебательная релаксация ангармонических молекул N2 и концентрация окиси азота в возмущенной термосфере // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 17. № 5. С. 871–878. 1977.
  2. − Гордиец Б.Ф., Марков М.Н. ИК-излучение и концентрация NО в существенно разогретой верхней атмосфере // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 23. № 3. С. 446– 450. 1983.
  3. − Дорман Л.И. Экспериментальные и теоретические основы астрофизики космических лучей. М.: Наука. 462 с. 1975.
  4. − Кириллов А.С., Белаховский В.Б., Маурчев Е.А., Балабин Ю.В., Германенко А.В., Гвоздевский Б.Б. Свечение молекулярного азота и молекулярного кислорода в средней атмосфере Земли во время высыпания высокоэнергичных протонов // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 61. № 6. С.769–776. 2021.
  5. − Кириллов А.С., Белаховский В.Б., Маурчев Е.А., Балабин Ю.В., Германенко А.В., Гвоздевский Б.Б. Электронная кинетика молекулярного азота и молекулярного кислорода в средней атмосфере Земли в событиях GLE 23-го солнечного цикла // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 63. № 1. С.94–103. 2023.
  6. − Криволуцкий А.А., Репнев А.И. Воздействие космических факторов на озоносферу Земли. М.: ГЕОС. 382 с. 2009.
  7. − Криволуцкий А.А., Репнев А.И. Воздействие космических энергичных частиц на атмосферу Земли // Геомагнетизм и аэрономия. Т. 52. № 6. С. 723–754. 2012.
  8. − Маурчев Е.А., Балабин Ю.В., Гвоздевский Б.Б., Вашенюк Э.В. Новая численная модель для исследования космических лучей в атмосфере Земли // Изв. РАН. Сер. физическая. Т. 79. № 5. С. 711–713. 2015.
  9. − Маурчев Е.А., Балабин Ю.В. Модельный комплекс для исследования космических лучей RUSCOSMICS // Солнечно-земная физика. Т. 2. № 4. С. 3–8. 2016.
  10. − Маурчев Е.А., Михалко Е.А., Германенко А.В., Балабин Ю.В., Гвоздевский Б.Б. / Программный комплекс RUSCOSMICS как инструмент для оценки скорости ионизации вещества атмосферы Земли протонами космических лучей // Изв. РАН. Сер. физическая. Т. 83. № 5. С. 712–716. 2019.
  11. − Русанов В.Д., Фридман А.А. Физика химически активной плазмы. М.: Наука. 415 с, 1984.
  12. − Широков Ю.М., Юдин Н.П. Ядерная физика. Уч. пос. М.: Наука. 729 с. 1980.
  13. − Agostinelli S., Allisonas J., Amako K. et al. Geant4 – a simulation toolkit // Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. V. 506. Sect. A. P. 250–303. 2003.
  14. − Bernstein R.B., Levine R.D. Role of energy in reactive molecular scattering: An information-theoretic approach // Adv. Atom. Mol. Phys. V. 11. P. 215−297. 1976.
  15. − Bouziane A., Ferdi M.A., Djebli M. Nitric oxide vibrationally excited levels and controlling processes in the Earth’s upper atmosphere during the daytime // Adv. Space Res. V. 69. № 2. P. 905−914. 2022.
  16. − Burkholder J.B., Sander S.P., Abbatt J., Barker J.R., Huie R.E., Kolb C.E., Kurylo M.J., Orkin V.L., Wilmouth D.M., Wine P.H. Chemical kinetics and photochemical data for use in atmospheric studies, Evaluation No.18, Jet Propulsion Laboratory Publication 15-10, Jet Propulsion Laboratory, Pasadena. 1392 p. 2015.
  17. − Caledonia G.E., Kennealy J.P. NO infrared radiation in the upper atmosphere // Planet. Space Sci. V. 30. № 10. P. 1043−1056. 1982.
  18. − Campbell L., Brunger M.J. Electron impact contribution to infrared NO emissions in auroral conditions // Geophys. Res. Lett. V.34. № 22. L22102. 2007.
  19. − Cartwright D.C., Brunger M.J., Campbell L., Mojarrabi B., Teubner P.J.O. Nitric oxide excited under auroral conditions: Excited state densities and band emissions // J. Geophys. Res. – Space. V. 105. № A9. P. 20857−20867. 2000.
  20. − Clark I.D., Wayne R.P. Kinetics of the reaction between atomic nitrogen and molecular oxygen in the ground () and first excited (1Δg) states // Proc. Roy. Soc Lond. A. V. 316. № 1527. P. 539−550. 1970.
  21. − Funke B., Lopez-Puertas M., Garcia-Comas M., Kaufmann M., Höpfner M., Stiller G.P. GRANADA: A Generic RAdiative traNsfer AnD non-LTE population algorithm // J. Quan. Spec. Rad. Tran. V.113. № 14. P. 1771− 1817. 2012.
  22. − Gordiets B.F., Kulikov Yu.N., Markov M.N., Marov M.Ya. Numerical modelling of the thermospheric heat budget // J. Geophys. Res. – Space. V. 87. № A6. P. 4504−4514. 1982.
  23. − Gordillo-Vazquez F.J. Air plasma kinetics under the influence of sprites // J. Phys. D: Appl. Phys. V. 41. № 23. 234016. 2008.
  24. − Green B.D., Caledonia G.E., Murphy R.E., Robert F.H. The vibrational relaxation of NO( = 1–7) by O2 // J. Chem. Phys. V. 76. № 5. P. 2441−2448. 1982.
  25. − Hancock G., Morrison M., Saunders M. Vibrational relaxation of NO( = 1–16) in collisions with O2 studied by time resolved Fourier transform infrared emission // Chem. Phys. Lett. V. 425. № 4−6. P. 216−220. 2006.
  26. − Kirillov A.S., Aladjev G.A. Estimation of atomic oxygen concentrations from measured intensities of infrared nitric oxide radiation // Ann. Geophys. V. 16. № 7. P. 847−852. 1998.
  27. − Kirillov A.S., Belakhovsky V.B., Maurchev E.A., Balabin Yu.V., Germanenko A.V., Gvozdevsky B.B. Vibrational kinetics of NO and N2 in the Earth’s middle atmosphere during GLE69 on January 20, 2005 // J. Geophys. Res. – Atmosphere. V. 128. № 17. 2023JD038600. 2023.
  28. − Kockarts G. Nitric oxide cooling in the terrestrial thermosphere // Geophys. Res. Lett. V. 7. № 2. P. 137−140. 1980.
  29. − Lopez-Puertas M., Taylor F.W. Non-LTE radiative transfer in the atmosphere. Singapore: World Scientific Publishers, 506 p., 2001.
  30. − Mlynczak M., Martin-Torres F.J., Russell J. et al. The natural thermostat of nitric oxide emission at 5.3 μm in the thermosphere observed during the solar storms of April 2002 // Geophys. Res. Lett. V. 30. № 21. 2100. 2003.
  31. − Nesbet R.K. Surprisal theory, in Theoretical chemistry. Theory of scattering, 6B. Ed. D. Henderson. New York: Academic Press. P. 79−126. 1981.
  32. − Porter H.S., Jackman C.H., Green A.E.S. Efficiencies for production of atomic nitrogen and oxygen by relativistic proton impact in air // J. Chem. Phys. V. 65. № 1. P. 154− 167. 1976.
  33. − Rawlins W.T., Caledonia G.E., Gibson J.J., Stair A.T., Jr. Infrared emission from NO(Δ = 1) in an aurora: Spectral analysis and kinetic interpretation of HIRIS measurements // J. Geophys. Res. – Space. V. 86. № A3. P. 1313−1324. 1981.
  34. − Rawlins W.T., Fraser M.E., Miller S.M. Rovibrational excitation of nitric oxide in the reaction of O2 with metastable atomic nitrogen // J. Phys. Chem. V. 93. № 3. P. 1097− 1107. 1989.
  35. − Rawlins W.T., Person J.C., Fraser M.E., Miller S.M., Blumberg W.A.M. The dipole moment and infrared transition strengths of nitric oxide // J. Chem. Phys. V. 109. № 9. P. 3409−3417. 1998.
  36. − Sentman D.D., Stenbaek-Nielsen H.C., McHarg M.G., Morrill J.S. Plasma chemistry of sprite streamers // J. Geophys. Res. – Atmosphere. V.113. № 11. D11112. 2008.
  37. − Sharma R.D., Dothe H., von Esse F., Kharchenko V.A., Sun Y., Dalgarno A. Production of vibrationally and rotationally excited NO in the night time terrestrial thermosphere // J. Geophys. Res. – Space. V. 101. № A9. P. 19 707−19 713. 1996.
  38. − Simpson J.A. Introduction to the galactic cosmic radiation / Composition and origin of cosmic rays. Ed. Shapiro M.M. NATO ASI Series (Series C: Mathematical and Physical Sciences). V. 107. P.1−24. Dordrecht: Springer. 1983.
  39. − Turunen E., Verronen P.T., Seppälä A., Rodger C.J., Clilverd M.A., Tamminen J., Enell C.-F., Ulich T. Impact of different energies of precipitating particles on NOx generation in the middle and upper atmosphere during geomagnetic storms // J. Atmos. Sol.-Terr. Phy. V. 71. № 10−11. P. 1176−1189. 2009.
  40. − Vashenyuk E.V., Balabin Yu.V., Gvozdevsky B.B. Features of relativistic solar proton spectra derived from ground level enhancement events (GLE) modeling // Astrophys. Space Sci. Trans. V. 7. № 4. P. 459–463. 2011.
  41. − Venkataramani K., Yonker J.D., Bailey S.M. Contribution of chemical processes to infrared emissions from nitric oxide in the thermosphere // J. Geophys. Res. – Space. V. 121. № 3. P. 2450−2461. 2016.
  42. − Winick J.R., Mlynczak M.G., Wintersteiner P.P., Martin-Torres F.-J., Picard R.H., Paxton L., Lopez-Puertas M., Russell J.M., Christensen A., Gordley L. Thermospheric infrared radiance response to the April 2002 geomagnetic storm from SABER infrared and GUVI ultraviolet limb data // Proceedings SPIE. V. 5235. P. 250−263. 2004.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
2.

下载 (37KB)
3.

下载 (73KB)
4.

下载 (122KB)
5.

下载 (115KB)
6.

下载 (122KB)

版权所有 © А.С. Кириллов, В.Б. Белаховский, Е.А. Маурчев, Ю.В. Балабин, А.В. Германенко, Б.Б. Гвоздевский, 2023

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».