Журнал «Оптика атмосферы и океана»

Том 39, номер 09, статья № 4

Стариков В. И. Вычисление температурной зависимости коэффициентов уширения и сдвига линий поглощения молекулы H₂О давлением водорода. // Оптика атмосферы и океана. 2026. Т. 39. № 09. С. 747–754. DOI: 10.15372/AOO20260904.
Скопировать ссылку в буфер обмена

Аннотация:

Представлены результаты вычислений коэффициентов уширения (γ) и сдвига (δ) линий поглощения молекулы H₂О давлением водорода в диапазоне 0,6–12160 см^-1 для температур T от 30 до 1000 К. Использован полуклассический метод расчета с моделью точных траекторий для сталкивающихся частиц. Разработана аналитическая модель, позволяющая рассчитать температурную зависимость коэффициентов γ в широком спектральном интервале для 70 ≤ T ≤ 600 К. Отдельно определены температурные показатели для 26 переходов из терагерцового диапазона; для коэффициентов δ температурные показатели определены для среднего по полосе значения сдвига. Результаты работы могут применяться в астрофизических приложениях.

Ключевые слова:

H2О, уширение линии, сдвиг линии, водород, температурная зависимость

Иллюстрации:

Список литературы:

1. Dutta J.M., Jones C.R., Goyette T.M., De Lucia F.C. The hydrogen and helium pressure broadening at planetary temperatures of the 183 and 380 GHz transitions of water vapor // Icarus. 1993. V. 102. P. 232–239. DOI: 10.1006/icar.1993.1046.
2. Brown L.R., Plymate C. H₂ – broadened H₂¹⁶O in four infrared bands between 55 and 4045 cm^-¹ // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 1996. V. 56. P. 263–282. DOI: 10.1016/0022-4073(95)00191-3.
3. Steyert D.W., Wang W.F., Sirota J.M., Donahue N.M., Reuter D.C. Hydrogen and helium pressure broadening of water transitions in the 380–600 cm^-¹ region // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2004. V. 83. P. 183–191. DOI: 10.1016/S0022-4073(02)00300-X.
4. Lucchesini A., Gozzini S., Gabbanini C. Water vapor overtones pressure line broadening and shifting measurements // Eur. Phys. 2000. V. 8. P. 223–226. DOI: 10.1007/s100053-000-8807-z.
5. Langlois S., Birbeck T.P., Hanson R.K. Temperature dependent collision-broadening parameters of H₂O lines in the 1.4 mm region using diode laser absorption spectroscopy // J. Mol. Spectrosc. 1994. V. 167. P. 272–281. DOI: 10.1006/jmsp.1994.1234.
6. Zeninari V., Parvitte B., Courtois D., Lavrentieva N.N., Ponomarev Yu.N., Durry G. Pressure broadening and shift coefficients of H₂O due to perturbation by N₂, O₂, H₂ and He in the 1.39 mm region: Experiment and calculations // Mol. Phys. 2004. V. 102. P. 1697–1706. DOI: 10.1080/00268970412331287133.
7. Petrova T.M., Solodov A.M., Solodov A.A., Deichuli V.M., Starikov V.I. Measurements and calculations of H₂-broadening and shift parameters of water vapour transitions of the n₁+ n₂+ n₃ band // Mol. Phys. 2018. V. 116. P. 1409–1420. DOI: 10.1080/00268976.2018.1432905.
8. Petrova T.M., Solodov A.M., Solodov A.A., Deichuli V.M., Starikov V.I. Measurements and calculations of H₂-broadening and shifting parameters of water vaportransitions in a wide spectral region // Mol. Phys. 2018. V. 116. P. 3631–3641. DOI: 10.1080/00268976.2018.1503743.
9. Dick M.J., Drouin B.J., Pearson J.C. A collisional cooling investigation of the pressure broadening of the 1₁₀ ← 1₀₁ transitions of water from 17 to 200 K // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2009. V. 110. P. 619–627. DOI: 10.1016./j.jqsrt.2018.2008.11.012.
10. Dick M.J., Drouin B.J., Pearson J.C. Collisional cooling investigation of THz rotational transitions of water // Phys. Rev. A. 2010. V. 81. Р. 022706. DOI: 10.1103/PhysRevA.81.022706.
11. Gamache R.R., Lynch R., Brown L.R. Theoretical calculations of pressure broadening coefficients for H₂O perturbed by hydrogen or helium gas // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 1996. V. 56. P. 471–487. DOI: 10.1016/S0022-4073(96)00033-X.
12. Gamache R.R., Vispoel B. On the temperature dependence of half-widths and line shifts for molecular transitions in the microwave and infrared regions // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 2018. V. 217. P. 440–452. DOI: 10.1016/j.jqsrt.2018.05.019.
13. Gamache R.R, Vispoel B., Renaud C.L., Cleghorn K., Hartmann L. Vibrational dependence, temperature dependence, and prediction of line shape parameters for the H₂O–H₂ collision system // Icarus. 2019. V. 326. P. 186–196. DOI: 10.1016/j.icarus.2019.02.011.
14. Robert D., Bonamy J. Short range force effects in semiclassical molecular line broadening calculations // J. Phys. 1979. V. 40. P. 923–943. DOI: 10.1051/jphys:019790040010092300.
15. Быков А.Д., Лаврентьева Н.Н., Синица Л.Н. Вычисление резонансных функций для реальных траекторий // Оптика атмосф. и океана. 1992. Т. 5, № 11. С. 1127–1131.
16. Labani B., Bonamy J., Robert D., Hartmann J.-M., Taine J. Collisional broadening of rotation-vibration lines for asymmetric top molecules. I. Theoretical model for both distant and close collisions // J. Chem. Phys. 1986. V. 84. P. 4256–4267. DOI: 10.1063/1.450047.
17. Hirschfelder J.O., Curtiss C.F., Bird R.B. Molecular Theory of Gases and Liquids. New York: Wiley, 1967. 1280 p.
18. Golubiatnikov G.Yu. Shifting and broadening parameters of the water vapor 183-GHz line (3₁₃–2₂₀) by H₂O, O₂, N₂, CO₂, H₂, He, Ne, Ar, and Kr at room temperature // J. Mol. Spectrosc. 2005. V. 230. P. 196–198. DOI: 10.1016/j.jms.2004.10.011.