Том 39, номер 10, статья № 1

Аннотация:

В последние десятилетия разряды в атмосферах планет и их спутников стали объектом пристального внимания исследователей из различных стран. Данные об импульсных разрядах в атмосфере Земли имеют как фундаментальное, так и прикладное значение. Аналогичные исследования для других небесных тел также переходят из разряда чисто теоретических в область практических задач. В настоящей работе представлены результаты экспериментальных исследований разрядов, формируемых без контакта создаваемой плазмы с электродами, в углекислом газе, угарном газе, смеси CO₂ с CO и с азотом, имитирующих атмосферу Марса. Получены спектры излучения и фотографии свечения плазмы, возбуждаемых стримерным импульсно-периодическим разрядом, в различных условиях при давлениях этих газов и их смесей 0,25–1 торр. Установлено, что в смеси CO₂ с небольшими добавками азота наиболее интенсивные полосы излучения наблюдаются в УФ-диапазоне спектра на полосах перехода N₂(C³Πu) → N₂(B³Πg). Обнаружено, что в CO₂ и его смесях с малыми добавками CO в диапазоне 280–900 нм преобладает излучение на переходах CO системы Ангстрема (видимая область спектра) и системы 3+ (УФ-область). Полученные данные могут быть использованы для моделирования физических процессов, в частности при возникновении пылевых бурь и разрядов в атмосфере Марса.

Ключевые слова:

CO2, азот, CO, разряд низкого давления, эксперимент и моделирование, плазменные диффузные струи

Иллюстрации:

Список литературы:

1. Aplin K.L., Fischer G. Lightning detection in planetary atmospheres // Weather. 2017. V. 72, N 2. P. 46–50. DOI: 10.1002/wea.2817.
2. Riousset J.A., Nag A., Palotai C. Scaling of conventional breakdown threshold: Impact for predictions of lightning and TLEs on Earth, Venus, and Mars // Icarus. 2020. V. 338, N 113506. DOI: 10.1016/j.icarus.2019.113506.
3. Gurnett D.A., Morgan D.D., Granroth L.J., Cantor B.A., Farrell W.M., Espley J.R. Non-detection of impulsive radio signals from lightning in Martian dust storms using the radar receiver on the Mars Express spacecraft // Geophys. Res. Lett. 2020. V. 37, N 17. P. L17802. DOI: 10.1029/2010GL044368.
4. Jain S.K., Bhardwaj A. Model calculation of N2 Vegard-Kaplan band emissions in Martian dayglow // J. Geophys. Res. 2011. V. 116, N 7. P. E07005. DOI: 10.1029/2010JE003778.
5. Robledo-Martinez A., Sobral H., Ruiz-Meza A. Electrical discharges as a possible source of methane on Mars: Lab. Simulation // Geophys. Res. Lett. 2021. V. 39, N 17. P. 17202. DOI: 10.1029/2012GL053255.
6. Соснин Э.А., Панарин В.А., Скакун В.С., Сорокин Д.А. Гипотеза о транзиентных световых явлениях в мезосфере Венеры // Оптика атмосф. и океана. 2025. Т. 38, № 5. С. 353–357. DOI: 10.15372/AOO20250504; Sosnin E.A., Panarin V.A., Skakun V.S., Sorokin D.A. The hypothesis of transient luminous events in the mesosphere of Venus // Atmos. Ocean. Opt. 2025. V. 38, N 05. P. 559–563.
7. Giuranna M., Tellmann S., Montmessin F., Belyaev D., Trompet L., Pätzold M., Wolkenberg M.A., Lopez-Valverde M.A., Korablev O., Forget F. Vertical structure of the Martian atmosphere: The view from Mars Express // Space Sci. Rev. 2025. V. 221, N 3. P. 36. DOI: 10.1007/s11214-025-01155-9.
8. Mills A.A. Dust clouds and frictional generation of glow discharges on Mars // Nature. 1977. V. 268, N 5621. P. 614–614. DOI: 10.1038/268614a0.
9. Eden H.F., Vonnegut B. Electrical breakdown caused by dust motion in low-pressure atmospheres: Considerations for Mars // Science. 1973. V. 180, N 4089. P. 962–963. DOI: 10.1126/science.180.4089.962.
10. Melnik O., Parrot M. Electrostatic discharge in Martian dust storms // J. Geophys. Res.: Space Phys. 1998. V. 103, N A12. P. 29107–29117. DOI: 10.1029/2023JE007914.
11. Russell C.T., Zhang T.L., Delva M., Magnes W., Strangeway R.J., Wei H.Y. Lightning on Venus inferred from whistler-mode waves in the ionosphere // Nature. 2007. V. 450, N 7170. P. 661–662. DOI: 10.1038/nature05930.
12. Chide B., Lorenz R.D., Montmessin F., Maurice S., Parot Y., Hueso R., Martinez G., Vicente-Retortillo A., Jacob X., Lemmon M., Dubois B., P.-Y., Newman C., Bertrand T., Deprez G., Toledo D., Lánchez-Lavega A., Cousin A., Wiens R.C. Detection of triboelectric discharges during dust events on Mars // Nature. 2025. V. 647, N 8091. P. 865–869. DOI: 10.1038/s41586-025-09736-y.
13. Бакшт Е.Х., Виноградов Н.П., Тарасенко В.Ф. Формирование стримеров в неоднородном электрическом поле при низких давлениях воздуха // Оптика атмосф. и океана. 2022. Т. 35, № 9. С. 777–781. DOI: 10.15372/AOO20220911; Baksht E.Kh., Vinogradov N.P., Tarasenko V.F. Generation of streamers in an inhomogeneous electric field under low air pressure // Atmos. Ocean. Opt. 2022. V. 35. N 1. P. S159–S164.
14. Тарасенко В.Ф., Бакшт Е.Х., Панарин В.А., Виноградов Н.П. Стримеры, инициируемые емкостным разрядом при давлениях воздуха 0,2–6 торр // Физика плазмы. 2023. Т. 49, № 6. С. 590–599. DOI: 10.31857/S0367292123700245.
15. Тарасенко В.Ф., Виноградов Н.П., Бакшт Е.Х., Ки­риллов А.С., Кириллов В.А. Кинетика полос испускания триплетных состояний молекулярного азота при низких давлениях воздуха // Оптика атмосф. и океана. 2025. Т. 38, № 9. С. 768–774. DOI: 10.15372/AOO20250911; Tarasenko V.F., Vinogradov N.P., Baksht E.Kh., Kirillov A.S., Kirillov V.A. Kinetics of molecular nitrogen triplet bands at low air pressure // Atmos. Ocean. Opt. 2026. V. 39, N 1. P. 91–98. DOI: 10.1134/S1024856025701027.
16. Leon R.T., Sherrell P.C., Michel J.I., Bullock J., Berry J.D., Ellis A.V. Understanding and controlling electrostatic discharge in triboelectric nanogenerators // ChemSusChem. 2024. V. 17, N 17. P. e202400366. DOI: 10.1002/cssc.202400366.
17. Beloplotov D.V., Lomaev M.I., Sorokin D.A., Tarasenko V.F. Displacement current during the formation of positive streamers in atmospheric pressure air with a highly inhomogeneous electric field // Phys. Plasmas. 2018. V. 25, N 8. P. 083511. DOI: 10.1063/1.5046566.
18. Stenbaek-Nielsen H.C., McHarg M.G., Haaland R., Luque A. Optical spectra of small-scale sprite features observed at 10,000 fps // J. Geophys. Res.: Atmos. 2020. V. 125, N 20. DOI: 10.1029/2020JD033170.
19. Malagon-Romero A., Teunissen J., Stenbaek-Nielsen H.C., McHarg M.G., Ebert U., Luque A. On the emergence mechanism of carrot sprites // Geophys. Res. Lett. 2020. V. 47, N 1. DOI: 10.1029/2019GL085776.
20. Marskar R. Genesis of column sprites: Formation mechanisms and optical structures // Plasma Sour. Sci. Technol. 2024. V. 33, N 2. P. 025024. DOI: 10.1088/1361-6595/ad29c0.
21. Kirillov A.S. Calculation of rate coefficients of electron energy transfer processes for molecular nitrogen and molecular oxygen // Adv. Space Res. 2004. V. 33, N 6. P. 998–1004. DOI: 10.1016/j.asr.2003.06.014.
22. Хьюбер К.П., Герцберг Г. Константы двухатомных молекул. Часть 1. М.: Мир, 1984. 408 с.
23. Rogers J., Anderson R. Radiative lifetime of the b³Σ+ state of CO* // J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer. 1970. V. 10, N 5. P. 515–517. DOI: 10.1016/0022-4073(70)90113-5.
24. Zhang M., Shi D. Transition properties of the X¹S+, I¹S-, A¹Π, D¹D, B¹S+, and a³Π states of carbon monoxide // Comput. Theor. Chem. 2021. V. 1202, 113302. DOI: 10.1016/j.comptc.2021.113302.
25. Tarasenko V.F., Popov N.A., Baksht E.Kh., Panchenko A.N. Radiative continuum of molecular hydrogen in a aiffuse pulse-periodic discharge in low-pressure humid air // Plasma Phys. Rep. 2026. V. 52, N 2. P. 207–215. DOI: 10.1134/S1063780X2560447X.
26. Nunomura S., Ezumi N. Electron temperature characterization of H₂ processing plasma by optical emission spectroscopy // Appl. Phys. Express. 2024. V. 17, N 11. P. 116001. DOI: 10.35848/1882-0786/ad87aa.
27. Reyes P.G., Mendez E.F., Osorio-Gonzalez D., Castillo F., Martínez H. Optical emission spectroscopy of CO₂ glow discharge at low pressure // Phys. Status Solidi. C. 2008. V. 5, N 4. P. 907–910. DOI: 10.1002/pssc.200778306
28. Kalogerakis K.S., Romanescu C., Ahmed M., Wilson K.R., Slanger T.G. CO prompt emission as a CO₂ marker in comets and planetary atmospheres // Icarus. 2012. V. 220, N 1. P. 205–210. DOI: 10.1016/j.icarus.2012.04.028.
29. Hoder T., Prokop D., Bajon C., Dap S., Loffhagen D., Becker M.M., Naudé N. Barrier discharges in CO₂–optical emission spectra analysis and E/N determination from intensity ratio // Plasma Sour. Sci. Technol. 2025. V. 34, N 5. P. 055008. DOI: 10.1088/1361-6595/adc7d7.