Том 25, номер 01, статья № 5

Аннотация:

Обсуждаются два основных варианта описания поглощения света при больших смещенных частотах: асимптотический и квазистатический. Анализируются приближения, лежащие в основе этих подходов. Показано, что главные физические особенности задачи связаны с определяющей ролью статистического усреднения с классическим потенциалом межмолекулярного взаимодействия. Различия между рассматриваемыми вариантами относятся к выбору стратегии расчета и не являются решающими для понимания физики процесса поглощения. Проведенный анализ показывает, что проблему поглощения в крыльях линий колебательно-вращательных спектров молекул можно считать решенной при условии, если известен потенциал межмолекулярного взаимодействия. Физические особенности поглощения в крыльях линий иллюстрируются рядом примеров, рассмотренных в рамках асимптотического подхода.

Ключевые слова:

теория контура спектральных линий, операторы Мёллера, крылья линий, полуклассический подход, квазистатический подход, потенциал межмолекулярного взаимодействия

Список литературы:

1. Tvorogov S.D., Rodimova O.B. Spectral line shape. I. Kinetic equation for arbitrary frequency detunings // J. Chem. Phys. 1995. V. 102, N 22. P. 8736-8745.
2. Несмелова Л.И., Родимова О.Б., Творогов С.Д. Контур спектральной линии и межмолекулярное взаимодействие. Новосибирск: Наука, 1986. 216 с.
3. Несмелова Л.И., Творогов С.Д., Фомин В.В. Спектроскопия крыльев линий. Новосибирск: Наука, 1977. 141 с.
4. Творогов С.Д., Несмелова Л.И. Радиационные процессы в крыльях полос атмосферных газов // Изв. АН СССР. Физ. атмосф. и океана. 1976. Т. 12, № 6. С. 627-633.
5. Несмелова Л.И., Родимова О.Б., Творогов С.Д. Коэффициент поглощения света в крыле полосы 4,3 мкм СО2 // Изв. вузов. Физ. 1980. № 10. С. 106-107.
6. Несмелова Л.И., Родимова О.Б., Творогов С.Д. Температурная зависимость коэффициента поглощения за кантом полосы 4,3 мкм СО2 // Докл. АН СССР. 1987. T. 294, № 1. C. 68-71.
7. Несмелова Л.И., Родимова О.Б., Творогов С.Д. Методика расчета функций пропускания в колебательно-вращательных спектрах молекул и поглощение крыльями линий СО2 // Изв. АН СССР. Физ. атмосф. и океана. 1988. T. 24, № 2. C. 212-220.
8. Несмелова Л.И., Родимова О.Б., Творогов С.Д. Контур спектральных линий в фундаментальной полосе СО // Оптика атмосф. 1988. T. 1, № 4. C. 36-44.
9. Несмелова Л.И., Родимова О.Б., Творогов С.Д. Поглощение излучения в крыле полосы 4,3 мкм СО2 // Оптика атмосф. 1988. T. 1, № 5. C. 3-18.
10. Несмелова Л.И., Родимова О.Б., Творогов С.Д. Спектральный обмен и периферия контура спектральных линий. Критический обзор // Оптика атмосф. 1990. T. 3, № 5. C. 468-484.
11. Несмелова Л.И., Родимова О.Б., Творогов С.Д. Спектральное поведение коэффициента поглощения в полосе 4,3 мкм СО2 в широком диапазоне температур и давлений // Оптика атмосф. и океана. 1992. T. 5, № 9. C. 939-946.
12. Творогов С.Д. Проблема периферии контура спектральных линий в атмосферной оптике // Оптика атмосф. и океана. 1995. T. 8, № 1-2. C. 18-30.
13. Несмелова Л.И., Родимова О.Б., Творогов С.Д. О форме контура спектральной линии для различных полос Н2О в ближней ИК-области спектра // Оптика атмосф. и океана. 1998. T. 11, № 5. C. 435-439.
14. Nesmelova L.I., Rodimova O.B., Tvorogov S.D. On the role of continual and selective absorption in the wings of the 4.3 *m CO2 band at high pressures and temperatures // Proc. SPIE. 1992. V. 1811. P. 291-294.
15. Несмелова Л.И., Пхалагов Ю.А., Родимова О.Б., Творогов С.Д., Ужегов В.Н., Щелканов Н.Н. К вопросу о природе атмосферного аномального поглощения коротковолновой радиации // Оптика атмосф. и океана. 1999. T. 12, № 3. C. 288-293.
16. Родимова О.Б. Контур спектральных линий СО2 при самоуширении от центра до далекого крыла // Оптика атмосф. и океана. 2002. Т. 15, № 9. C. 768-777.
17. Творогов С.Д., Родимова О.Б., Несмелова Л.И. О роли интерференции в далеких крыльях спектральных линий СО2 // Оптика атмосф. и океана. 2003. Т. 16, № 11. C. 964-968.
18. Несмелова Л.И., Родимова О.Б., Творогов С.Д. Спектроскопическое определение концентраций атмосферных газов по измерениям в крыльях полос // Оптика атмосф. 1988. Т. 1, № 3. С. 16-19.
19. Несмелова Л.И., Родимова О.Б., Творогов С.Д. Поглощение водяным паром в близкой инфракрасной области и некоторые геофизические следствия // Оптика атмосф. и океана. 1997. T. 10, № 2. C. 131-135.
20. Творогов С.Д., Гордов Е.П., Родимова О.Б. Межмолекулярные взаимодействия и молекулярная спектроскопия: от полуклассического представления квантовой теории к крыльям линий // Оптика атмосф. и океана. 2007. Т. 20, № 9. С. 760-763.
21. Творогов С.Д. Проблема центров масс в задаче о контуре спектральных линий. I. Существование длинных траекторий // Оптика атмосф. и океана. 2009. Т. 22, № 5. С. 413-419.
22. Rosenkranz P.W. Pressure broadening of rotational bands. I. A statistical theory // J. Chem. Phys. 1985. V. 83, N 12. P. 6139-6144.
23. Rosenkranz P.W. Pressure broadening of rotational bands. II. Water vapor from 300 to 1100 cm-1 // J. Chem. Phys. 1987. V. 87, N 1. P. 163-170.
24. Ma Q., Tipping R.H. A far wing line shape theory and its application to the water continuum. I // J. Chem. Phys. 1991. V. 95, N 9. P. 6290-6301.
25. Ma Q., Tipping R.H. A far wing line shape theory and its application to the water vibrational bands. II // J. Chem. Phys. 1992. V. 96, N 12. P. 8655-8663.
26. Ma Q., Tipping R.H. A far wing line shape theory and its application to the foreign-broadened water continuum absorption. III // J. Chem. Phys. 1992. V. 97, N 2. P. 818-828.
27. Ma Q., Tipping R.H., Boulet C. A far-wing line shape theory which satisfies the detaied balance principle // J. Quant. Spectrosc. and Radiat. Transfer. 1999. V. 59, N 3-5. P. 245-257.
28. Ma Q., Tipping R.H., Boulet C. The frequency detuning and band-average approximations in a far-wing line shape theory satisfying detailed balance // J. Chem. Phys. 1996. V. 104, N 24. P. 9678-9688.
29. Ma Q., Tipping R.H., Boulet C., Bouanich J. Theoretical far-wing line shape and absorption for high-temperature CO2 // Appl. Opt. 1999. V. 38, N 3. P. 599-604.
30. Ma Q., Tipping R.H. The averaged density matrix in the coordinate representation: Application to the calculation of the far-wing line shapes for H2O // J. Chem. Phys. 1999. V. 111, N 13. P. 5909-5921.
31. Ma Q., Tipping R.H. The density matrix of H2O-N2 in the coordinate representation: A Monte Carlo calculation of the far-wing line shape // J. Chem. Phys. 2000. V. 112, N 2. P. 574-584.
32. Ma Q., Tipping R.H., Boulet C. Irreducible correlation functions of the S matrix in the coordinate representation: Application in calculating Lorentzian half-widths and shifts // J. Chem. Phys. 2006. V. 124, N 1. 014109-1-14. doi:10.1063/1.2139671.
33. Ma Q., Tipping R.H., Leforestier C. Temperature dependences of mechanisms responsible for the water-vapor continuum absorption: 1. Far wings of allowed lines // J. Chem. Phys. 2008. V. 128, N 12. 124313-1-17.
34. Пугачев В.С. Теория случайных функций. М.: Физматгиз, 1960. 883 с.
35. Бом Д. Квантовая теория. М.: Наука, 1965. 728 с.
36. Тейлор Дж. Теория рассеяния. М.: Мир, 1975. 565 с.
37. Собельман И.И. Введение в теорию атомных спектров. М.: Физматгиз, 1963. 640 с.
38. Гордов Е.П., Творогов С.Д. Метод полуклассического представления квантовой теории. Новосибирск: Наука, 1984. 167 с.
39. Творогов С.Д. Применение метода полуклассического представления в квантовой теории рассеяния // Изв. вузов. Физ. 1966. № 10. C. 103-113.
40. Fano U. Pressure broadening as a prototype of relaxation // Phys. Rev. 1963. V. 131, N 1. P. 259-268.
41. Van Vleck J.H., Margenau H. Phys. Rev. Collision theories of pressure broadening of specyral lines // Phys. Rev. 1949. V. 76, N 8. P. 1211-1214.
42. Бурштейн А.И., Темкин С.И. Спектроскопия молекулярного вращения в газах и жидкостях. Новосибирск: Наука, 1982. 119 с.
43. Шифф Л. Квантовая механика. М.: Изд-во иностр. лит-ры, 1957. 476 с.
44. Кумар К. Теория возмущений и проблема многих тел для атомного ядра. М.: Мир, 1964. 296 с.
45. Несмелова Л.И., Родимова О.Б., Творогов С.Д., Войцеховская О.К., Сулакшина О.Н. Коэффициент поглощения в крыльях полос углекислого газа в спектральном интервале 790-910 см-1 // Изв. вузов. Физ. 1982. Вып. 5. С. 105-108.
46. Несмелова Л.И., Родимова О.Б., Творогов С.Д. Коэффициент поглощения в микроокнах полос углекислого газа // Изв. вузов. Физ. 1982. Вып. 5. С. 54-58.
47. Несмелова Л.И., Родимова О.Б., Творогов С.Д. Коэффициент поглощения водяного пара при различных температурах // Оптическая спектроскопия и стандарты частоты. Молекулярная спектроскопия: Коллективная монография / Под ред. Л.Н. Синицы, Е.А. Виноградова. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2004. С. 413-436
48. Bogdanova Ju.V., Rodimova O.B. Calculation of water vapor absorption in a broad temperature interval // J. Quant. Spectrosc. and Radiat. Transfer. 2010. V. 111, N 15. P. 2298-2307.
49. Климешина Т.Е., Богданова Ю.В., Родимова О.Б. Континуальное поглощение водяным паром в окнах прозрачности атмосферы 8-12 и 3-5 мкм // Оптика атмосф. и океана. 2011. Т. 24, № 9. С. 765-769.
50. Каплан И.Г. Введение в теорию межмолекулярных взаимодействий. М.: Наука, 1982. 312 с.
51. Каплан И.Г., Родимова О.Б. Межмолекулярные взаимодействия // Успехи физ. наук. 1978. Т. 126, вып. 3. С. 403-449.
52. Cousin C., LeDoucen R., Boulet C., Henry A. Temperature dependence of the absorption in the region beyond the 4.3-?m band head of CO2. 2: N2 and O2 broa-dening // Appl. Opt. 1985. V. 24, N 22. P. 3899-3906.
53. Келих С. Молекулярная нелинейная оптика. М.: Наука, 1981. 672 с.
54. Майер Дж.Э., Гепперт-Майер М. Статистическая механика. М.: Мир, 1980. 544 с.
55. Le Doucen R., Cousin C., Boulet C., Henry A. Temperature dependence of the absorption in the region beyond the 4.3 ?m band of CO2. I: Pure CO2 case // Appl. Opt. 1985. V. 24, N 6. P. 897-906.
56. Hartmann J.M., Perrin M.Y. Measurements of pure CO2 ?absorption beyond the 3 band at high temperatures // Appl. Opt. 1989. V. 28, N 13. P. 2550-2553.
57. Perrin M.Y., Hartmann J.M. Temperature - dependent measurements and modeling of absorption by CO2-N2 mixtures in the far line - wings of the 4.3 m? CO2 band // J. Quant. Spectrosc. and Radiat. Transfer. 1989. V. 42, N 4. P. 311-317.
58. Hartmann J.M., Boulet C. Line mixing and finite duration of collision effects in pure CO2 infrared spectra: Fitting and scaling analysis // J. Chem. Phys. 1991. V. 94, N 10. P. 6406-6419.
59. Творогов С.Д. Связь сдвига центра спектральной линии и асимметрии ее крыльев // Оптика атмосф. и океана. 1992. Т. 5, № 2. C. 125-128.
60. Nesmelova L.I., Rodimova O.B., Tvorogov S.D. Abstracts of the XIIIth Int. conf. on high resolution molecular spectroscopy. Poznan, Poland, 5-9 September, 1994. P. 88.