أطياف استرو في المختبر

مهما كانت البيانات التي يتلقاها علماء الفلك والفيزياء الفلكية حول الأجرام السماوية ، فمن الممكن فك تشفير هذه البيانات ، كقاعدة عامة ، بالاعتماد فقط على الأنماط المشتقة في المختبرات الأرضية في دراسة الأجسام الأرضية.

تم وصف طريقة بارعة لنمذجة أجواء الكواكب في أنبوب امتصاص والتطبيقات المحتملة لهذه الطريقة في هذه المقالة.

أطياف أجواء الكواكب

تعد الدراسة الطيفية للأغلفة الجوية للكواكب إحدى المشكلات الموضعية في الفيزياء الفلكية الحديثة. ومع ذلك ، لا يمكن حل هذه المهمة المعقدة والكبيرة بنجاح من قبل علماء الفلك فقط ، دون إشراك المتخصصين في العلوم ذات الصلة. على سبيل المثال ، لا يمكن لعلماء الفلك الاستغناء عن نتائج الدراسات المختبرية لعلماء الطيف والفيزياء لدراسة أطياف الامتصاص الجزيئي ، دون تحديد الثوابت الفيزيائية للجزيئات وبنيتها. فقط بوجود عدد كافٍ من الثوابت الجزيئية والأطالس الطيفية للجزيئات تحت تصرفنا ، من الممكن تحديد أطياف الغلاف الجوي للكواكب والأجرام السماوية الأخرى. ينطبق هذا على أي طريقة للرصد ، سواء كان ذلك علم الفلك الأرضي (الطرق الفلكية الضوئية أو الراديوية) أو النتائج التي تم الحصول عليها باستخدام الصواريخ التي يتم إطلاقها خارج الغلاف الجوي للأرض.

تتكون أطياف الغلاف الجوي للكواكب بشكل أساسي من نطاقات جزيئية تنتمي إلى جزيئات ثاني أكسيد الكربون (CO2) ، وأول أكسيد الكربون (CO) ، والميثان (أمونيا SND (NH3) ، والنيتروجين (N2) ، والأكسجين (O2) ، أي بشكل أساسي اثنان - ، ثلاثة وأربعة جزيئات ذرية. في الوقت الحالي ، يمكننا أن نتحدث بثقة عن التركيب الكيميائي النوعي للأغلفة الجوية لمعظم الكواكب. وقد تم إنشاؤه بعد دراسة متأنية للمخططات الطيفية الفلكية التي تم الحصول عليها بالطرق البصرية وبمساعدة ملاحظات علم الفلك الراديوي بالإضافة إلى ذلك ، فإن نتائج محطة الفضاء السوفيتية "فينوس -4" لم تسمح فقط بإعطاء معلومات حول التركيب الكيميائي النوعي الدقيق لجو الزهرة ، ولكن أيضًا لتوضيح التركيب الكمي ودرجة الحرارة والضغط.

أما بالنسبة للتركيب الكيميائي الكمي لأغلفة الكواكب الأخرى ، فلا يزال يتطلب التحقق والتحقق الجاد. حتى الآن ، يواجه علماء الفلك صعوبات كبيرة في تحديد ودراسة الأطياف الشريطية للأغلفة الجوية للكواكب. هذه الصعوبات ، كقاعدة عامة ، ناتجة عن حقيقة أن معرفتنا المختبرية والنظرية لهيكل وخصائص الجزيئات البسيطة محدودة. لذلك ، عند دراسة الطيف الفلكي ، يجب علينا أولاً تحديد الجزيئات التي أعطته ، ومن ثم ، وفقًا للدراسات المختبرية ، توضيح خصائص وهيكل نطاقات هذا الجزيء.

الجزيئات متعددة الذرات ، ولا سيما الجزيئات الثلاثية الذرات الموجودة في المذنبات والكواكب ، هي أقل دراسة.

وتجدر الإشارة إلى أنه ليس من الممكن دائمًا الحصول بسهولة وببساطة في ظروف المختبر على نفس الجزيئات الموجودة ، على سبيل المثال ، في الغلاف الجوي النجمي. دعونا نلقي نظرة على مثال واحد مثير للاهتمام.

في عام 1926 ، لاحظ P. Merill و R. Sanford نطاقات امتصاص قوية جدًا في بعض نجوم الكربون RV Dragon ، لكن لم يكن من الممكن تحديدها بثقة لعقود. صحيح ، لأسباب نظرية ، كان من المفترض أن هذه النطاقات ناتجة عن جزيء معقد - ثلاثي الذرات S1C2.

من أجل الحل الصحيح للمشكلة ، تم إجراء التجارب المعملية. في عام 1956 حاول دبليو كليمنت الحصول على هذه العصابات في المختبر. عند إعداد التجارب ، انطلق من الاعتبار التالي: يتم ملاحظة أطياف جزيء Cr في عدد من النجوم وتتم دراستها جيدًا. تمت دراسة طيف جزيء السيليكون جيدًا في المختبر ، ولكن لم يتم ملاحظته بين الأطياف الفلكية.لذلك ، اقترح كليمنت أنه في وجود الكربون والسيليكون ، يتم تكوين جزيء SiC أحادي القطب ، والذي يجب ملاحظته في الأطياف الفلكية ، وكذلك في المختبر ، على الرغم من أن هذا لم يكن ممكنًا حتى عام 1961. ثم استنتج كليمنت على النحو التالي: إذا تمت إضافة S1 إلى فرن King عالي الحرارة ، المصنوع من فحم مضغوط نقي ، فعندئذٍ عند درجة حرارة تسخين فرن معينة (يمكن الحصول على درجة حرارة 2500-3000 درجة كلفن في الفرن) ، يجب ملاحظة طيف الامتصاص الذي ينتمي إلى جزيء SiC. ومع ذلك ، تبين أن الطيف الذي حصل عليه كليمنت أكثر تعقيدًا وعلى عكس المتوقع بالنسبة ل SiC. ثم قارنوا الطيف الذي تم الحصول عليه في المختبر مع الطيف المجهول لأحد النجوم الباردة من نوع RV Dragon ، واتضح أن العصابات تتوافق جيدًا. اتضح شيء واحد فقط من التجربة ، وهو أن كليمنت كان قادرًا على إعادة إنتاج الطيف النجمي في المختبر. ومع ذلك ، كان من المستحيل تحديد الجزيء الذي أعطى هذا الطيف.

ظل الجزيء غير معروف. فقط كان هناك سبب إضافي للاعتقاد بأن الكربون والسيليكون فقط هو الذي يمكن أن يعطي مثل هذا الطيف.

بالإضافة إلى ذلك ، أظهر تحليل الاهتزاز أن الجزيء المطلوب يحتوي على ذرة ثقيلة واحدة ، مقترنة بذرتين أخف وزنًا. من هذا ، تم التوصل إلى استنتاج (يتطلب مزيدًا من التأكيد): على الأرجح ، يتم توفير هذا الطيف المعقد بواسطة جزيء S1C2. في بحثه ، حصل كليمنت على مخططات طيفية عند درجة حرارة عالية لمصدر الطيف ، لذلك لا يمكن تحديد البنية الدقيقة للنطاقات بالتفصيل. لم يسمح هذا النقص في التجربة التي تم إجراؤها بالتعريف النهائي لنطاقي ميريل وسانفورد.

في الوقت الحاضر ، عاد الباحثون إلى هذه القضية مرة أخرى. يولي علماء الفيزياء الكنديون اهتمامًا كبيرًا للبحث عن مصدر ضوء يعطي طيفًا جزيئيًا مشابهًا للأطياف المخططة لنجوم الكربون. أ. أفاد G. Herzberg أنه ومساعده R. ​​Verma في المختبر كانا قادرين على مراقبة نطاقات جزيء SiC2 في درجات حرارة منخفضة - يعرب هيرزبرج عن أمله في أن تتيح الدراسة الشاملة للأطياف الجديدة بدقة أعلى إمكانية القيام بذلك. تحليل بنية الدوران بثقة أكبر وتحديد لحظة القصور الذاتي لهذا الجزيء الغامض.

ينتظر العديد من العلماء نتائج هذه الدراسة باهتمام كبير ويأملون أن يتم العثور على مصدر الطيف الجزيئي أخيرًا ، مما يجعل من الممكن تحديد نطاقي ميريل وسانفورد أخيرًا. سيكون جزيء SiC2 بعد ذلك أول جزيء متعدد الذرات يتم العثور عليه بثقة في الغلاف الجوي للنجم.

في أجواء النجوم والمذنبات ، تم التعرف أيضًا على جزيئات أخرى ، مثل CH + ، C3 ، NH2 ، والتي لا يمكن الحصول عليها إلا بصعوبة كبيرة ونادرًا ما يتم الحصول عليها في المختبرات في ظل ظروف خاضعة للرقابة الخاصة. بشكل عام ، تمت دراسة الأطياف الجزيئية ، نظرًا لتركيبها المعقد ، بدرجة أقل بكثير من الأطياف الذرية.

تمت دراسة أطياف ذرات العناصر الكيميائية المختلفة جيدًا تقريبًا ، على الرغم من وجود عدد من الأسئلة التي لا تزال دون حل. الآن لدينا المقدار الضروري من المعلومات الموثوقة تمامًا حول الثوابت الفيزيائية لأطياف الذرات. ربما بسبب هذا ، ستلعب الأطياف الذرية دورًا مهيمنًا على الأطياف الجزيئية لفترة طويلة في مختلف مجالات العلوم.

حظيت الدراسة المختبرية لأطياف الجزيئات ذات الأهمية الفيزيائية الفلكية باهتمام خاص منذ الأربعينيات من هذا القرن. ومع ذلك ، لا توجد حتى الآن كتب مرجعية جيدة وكاملة للجزيئات قيد الدراسة.

أنابيب امتصاص ذات مسار امتصاص كبير

أطياف الامتصاص الجزيئي أكثر تعقيدًا من الأطياف الذرية. وهي تتكون من عدد من النطاقات ، ويتكون كل نطاق من عدد كبير من الخطوط الطيفية الفردية. بالإضافة إلى الحركة الانتقالية ، يمتلك الجزيء أيضًا حركات داخلية ، تتكون من دوران الجزيء حول مركز جاذبيته ، اهتزازات نوى الذرات التي يتكون منها الجزيء بالنسبة لبعضها البعض وحركة الإلكترونات التي تشكل غلاف الإلكترون للجزيء.

لحل نطاقات الامتصاص الجزيئي في خطوط طيفية فردية ، من الضروري استخدام أجهزة طيفية عالية الدقة ونقل الضوء من خلال أنابيب الامتصاص (الممتصة). في البداية ، تم تنفيذ العمل بأنابيب قصيرة وتحت ضغط الغازات المدروسة أو مخاليطها لعدة عشرات من الأجواء.

اتضح أن هذه التقنية لا تساعد في الكشف عن بنية طيف العصابات الجزيئية ، بل على العكس من ذلك ، تغسلها. لذلك ، كان عليهم على الفور التخلي عنها. بعد ذلك ، سلكنا طريق إنشاء أنابيب امتصاص ذات مرور متعدد للضوء من خلالها. تم اقتراح المخطط البصري لأنبوب الامتصاص هذا لأول مرة من قبل J. يختلف ضغط الغازات النقية أو المخاليط الغازية التي تم فحصها من مائة إلى عشرات ومئات الغلاف الجوي. أثبت استخدام أنابيب الامتصاص هذه في دراسة أطياف الامتصاص الجزيئي أنه فعال للغاية.

لذلك ، لحل أطياف العصابات الجزيئية إلى خطوط طيفية منفصلة ، من الضروري أن يكون لديك نوع خاص من المعدات ، والذي يتكون من أجهزة طيفية عالية الدقة وأنابيب امتصاص ذات تمريرات متعددة من الضوء فيها. لتحديد الأطياف التي تم الحصول عليها من الغلاف الجوي للكواكب ، من الضروري مقارنتها مباشرة مع تلك المختبرية وبهذه الطريقة لا تجد فقط الأطوال الموجية ، ولكن أيضًا تحدد بثقة التركيب الكيميائي ، وتقدير الضغوط في أجواء الكواكب من الاتساع من الخطوط الطيفية. يمكن مقارنة الامتصاص المقاس في أنابيب الامتصاص من حيث الحجم مع الامتصاص في الغلاف الجوي للكوكب. وبالتالي ، في أنابيب الامتصاص ذات الممرات المتعددة للضوء عندما يتغير ضغط الغازات النقية المدروسة أو مخاليطها ، يمكن للمرء ، كما كان ، محاكاة الغلاف الجوي للكواكب. أصبح من الواقعي الآن أنه من الممكن تغيير نظام درجة الحرارة في الأنابيب في غضون بضع مئات من درجات كلفن.

التخطيط البصري لأنبوب الامتصاص J. White

يتلخص جوهر اختراع J. White في ما يلي: تم أخذ ثلاث مرايا مقعرة كروية ذات نصف قطر متساوي تمامًا للانحناء. يتم تثبيت أحد المرآتين (أ) في أحد طرفيه داخل الأنبوب ، والآخران (ب ، ج) ، وهما جزءان متساويان من المرآة المقطوعة ، في الطرف الآخر. المسافة بين المرآة الأولى والمرآة الأخرى تساوي نصف قطر انحناء المرآتين. الأنبوب مغلق بإحكام. يتكون الفراغ في الأنبوب من أعشار أو مائة ملم زئبق. الفن ، ثم يتم ملء الأنبوب بغاز الاختبار إلى حد معين (حسب المهمة ، الضغط. يتم تثبيت المرايا في الأنبوب بطريقة ينعكس الضوء الداخل على الأنبوب من المرايا ، ويمر برقم محدد مرات في الاتجاهين الأمامي والخلفي.

في الوقت الحاضر ، يتم تصنيع جميع أنابيب الامتصاص وفقًا لمخطط J. White مع تغيير في تصميم المرآة الأمامية الذي قدمه G. Herzberg و N. Bernstein في عام 1948. استخدم هيرزبرج مخططًا ضوئيًا للحصول على مسار طويل لامتصاص الضوء في أنبوب امتصاص نصف قطر انحناء مرايا 22 م وقطر ماسورة 250 مم. الأنبوب مصنوع من الحديد الإلكتروليتي. في أحد أعمال هيرزبيرج حول دراسة أطياف امتصاص ثاني أكسيد الكربون (CO 2) ، كان مسار امتصاص الضوء 5500 م ، وهو ما يعادل 250 ممرًا بين المرايا. تم الحصول على مثل هذا المسار الممتص الكبير ، أي عمق بصري كبير ، فقط بفضل المخطط البصري المبتكر الذي اقترحه وايت.

يتم تحديد الحد الأقصى لعدد ممرات الضوء من خلال فقدان الانعكاس وعدد الصور التي يمكن الحصول عليها على المرآة ج. عند تصميم أنابيب الامتصاص ، يواجه المصممون صعوبات ميكانيكية كبيرة. بادئ ذي بدء ، هذا هو تطوير إطار المرايا وآليات التثبيت والتعديل والتركيز ، ومخرجات آليات التحكم إلى الخارج.إذا كان الأنبوب قصيرًا نسبيًا ، فإن المرايا تقع على هضبة مشتركة ، والتي يتم دفعها في الأنبوب بعد تثبيت المرايا عليها ؛ إذا كان الأنبوب طويلًا ، يصبح تركيب المرايا أكثر تعقيدًا.

من المهم جدًا المواد التي تصنع منها الأنابيب. يتم استخدام الحديد النقي كهربائيا والفولاذ المقاوم للصدأ عالي الجودة والمقلوب يتم طلاء الجزء الداخلي من الأنبوب الفولاذي بحديد نقي كهربائيا. على حد علمنا ، فإن الجدران داخل الأنابيب غير مغطاة بأي ورنيش مفرغ ، خاصة في الآونة الأخيرة. يعتمد اختيار مادة تغطية سطح المرايا على المنطقة الطيفية التي سيتم تنفيذ العمل فيها. وفقًا لذلك ، يتم استخدام الذهب أو الفضة أو الألومنيوم. كما تستخدم الطلاءات العازلة.

أنبوب الامتصاص الخاص بمرصد Pulkovo

أنبوب الامتصاص الخاص بنا مصنوع من الصلب ، قطعة واحدة مسحوبة ، ملحومة من أطوال منفصلة. 8-10 م ، طوله الإجمالي 96.7 م ، قطره الداخلي 400 مم ، سمك الجدار 10 مم. تم تركيب مرآتين مطليتين بالألمنيوم بقطر 100 مم فقط ونصف قطر انحناء 96 م في الأنبوب ، كما يحتوي الأنبوب على أهداف. بمساعدة مرآتين ، نحصل على ممر ثلاثي. إذا أخذنا مرآتين أخريين ووضعناهما بشكل مناسب في الأنبوب ، فسيتم إرسال الضوء خمس مرات ، وهو ما فعلناه مؤخرًا.

لذلك ، في عملنا ، لدينا مسارات الامتصاص التالية: 100 م ، 300 م ، 500 م ، مع مراعاة المسافات من مصدر الضوء إلى نافذة مدخل الأنبوب والمسافة التي يقطعها شعاع الضوء من نافذة الخروج إلى شق مقياس الطيف.

في المستقبل ، من المفترض أن يتم استبدال المرايا بأخرى كبيرة - بقطر 380 ملم ونصف قطر انحناء 100 متر. سيتم استبدال المخطط البصري المقابل بالمخطط الأبيض الكلاسيكي مع تغيير أدخله هيرزبرج وبرنشتاين . يجب إجراء جميع الحسابات الضوئية بحيث يصبح الطول الفعال لمسار الامتصاص 5000-6000 م لمدة 50-60 ممرًا.

يعتبر أنبوب الامتصاص الخاص بنا من أطول الأنابيب ، لذا كان لابد من إيجاد حلول جديدة عند تصميم عدد من مكوناته. على سبيل المثال ، هل يجب تثبيت المرايا على قاعدة متصلة بجسم الأنبوب ، أم تركيبها على أسس منفصلة مستقلة عن الأنبوب؟ هذا أحد الأسئلة الصعبة للغاية (نحن لا نعطي الآخرين) ، وستعتمد موثوقية ودقة محاذاة وتوجيه المرايا على الحل الصحيح لها. نظرًا لوجود المرايا داخل الأنبوب ، فبطبيعة الحال ، عند الضخ أو عند إنشاء ضغط في الأنبوب ، ستحدث تشوهات في تركيب المرايا (حتى لو كانت ضئيلة ، فسيحدث تغيير في اتجاه شعاع الضوء. تتطلب هذه المشكلة أيضًا حلًا خاصًا ، بالإضافة إلى تحديد عدد الضوء الذي يمر عبر الأنبوب ، وسنقوم بمحاذاة وتركيز المرايا باستخدام الليزر.

يتم وضع مطياف حيود الفراغ بجوار أنبوب الامتصاص. يتم تجميعها وفقًا لنظام التصحيح التلقائي. يعطي محزوز الحيود المستوي بـ 600 خط لكل مليمتر تشتتًا خطيًا بالترتيب الثاني 1.7 أمبير / مم. استخدمنا مصباحًا متوهجًا بجهد 24 فولت و 100 وات كمصدر طيف مستمر.

بالإضافة إلى تركيب الأنبوب وفحصه ، تم الانتهاء الآن من دراسة النطاق A لطيف الامتصاص الجزيئي للأكسجين (O2). كان الهدف من العمل الكشف عن التغيرات في العروض المكافئة لخطوط الامتصاص اعتمادًا على الضغط. تم حساب العروض المكافئة لجميع الأطوال الموجية من 7598 إلى 7682 أ. يُظهر المخططان الطيفيان 1 و 2 أطياف الامتصاص للنطاق A. كما يجري العمل حاليًا للكشف عن تأثير زيادة العرض المكافئ اعتمادًا على وجود غاز غريب. على سبيل المثال ، يؤخذ ثاني أكسيد الكربون (CO2) ويضاف إليه بعض النيتروجين (N2).

في مختبرنا ، يجري العمل على دراسة أطياف الامتصاص الجزيئي بواسطة L.N.Jukova و V. D. Galkin ومؤلف هذا المقال.نحاول توجيه تحقيقاتنا بحيث تسهم نتائجها في حل المشكلات الفيزيائية الفلكية ، وخاصة في علم الفلك الكوكبي.

تعتبر معالجة أطياف الامتصاص الجزيئي الفلكي والمختبر التي يتم الحصول عليها عن طريق طرق التسجيل الفوتوغرافي أو الكهروضوئي شاقة للغاية وتستغرق وقتًا طويلاً. لتسريع هذا العمل في جامعة كاليفورنيا ، بدأ J. Phillips ، في عام 1957 ، في معالجة أطياف الامتصاص الجزيئي باستخدام كمبيوتر IBM-701. أولاً ، تم تجميع البرنامج لأطياف C2 و NO. وفي نفس الوقت ، تم إعداد جداول النفثالينات المكلورة. يعتقد فيليبس ، أولاً وقبل كل شيء ، أن الآلة تحتاج إلى معالجة أطياف الجزيئات ذات الأهمية الفيزيائية الفلكية: C2 ، CN ، NH ، BH ، MgH ، AIH ، SIF ، BO ، ZrO.

مزايا تكنولوجيا الكمبيوتر واضحة ، ويجب استخدامها على نطاق واسع لمعالجة النتائج التجريبية.

البحوث المخبرية والأطياف الفلكية

تقوم مجموعة كبيرة من الفيزيائيين بدراسة أطياف الامتصاص الجزيئي التي تم الحصول عليها في أنابيب الامتصاص لنقل الضوء المتعدد. بادئ ذي بدء ، أود أن أشير إلى الدور العظيم والاستحقاق للأستاذ. هيرزبرج (أوتاوا ، كندا). أعماله التجريبية والنظرية ، مثل دراساته ،
تكمن في أساس هذا المجال من العلم. أحد الأماكن الرائدة في البحث ، وخاصة في دراسة أطياف الجزيئات الرباعية ، يشغلها عمل الأستاذ. د. الرتبة (بنسلفانيا ، الولايات المتحدة الأمريكية). من بين الباحثين الأصغر سنًا ، لا يسع المرء إلا أن يلاحظ عمل T. Owen (أريزونا ، الولايات المتحدة الأمريكية) ، الذي يجمع بنجاح كبير بين تجاربه المعملية مع ملاحظات الفيزياء الفلكية.

لقد قدمنا ​​بالفعل مثالًا واحدًا على مجموعة مثمرة من الأساليب المختبرية والفيزياء الفلكية في الجزء الأول من هذه المقالة. يتعلق الأمر بتحديد النطاقات الجزيئية في طيف نجم RV Draco. كمثال ثان ، ضع في اعتبارك العمل المشترك لـ G.

حصل كويبر في مرصد ماكدونالدز على أطياف كوكب الزهرة والمريخ بدقة عالية في فاصل الطول الموجي 1-4-2.5 ميكرون. تمت ملاحظة ما مجموعه 15 نطاقًا ، تم تحديدها مع العصابات الجزيئية لثاني أكسيد الكربون (CO2). كان نطاق واحد حول X = 2.16 ميكرون مشكوكًا فيه. أجرى هيرزبرج وكويبر دراسات معملية إضافية لثاني أكسيد الكربون ، والتي أظهرت بثقة أن الامتصاص عند X = 2.16 μ في طيف كوكب الزهرة يرجع إلى جزيء CO2. للدراسات المختبرية لأطياف امتصاص ثاني أكسيد الكربون بواسطة هيرزبرج وكويبر ، تم استخدام أنبوب امتصاص متعدد الممرات لمرصد إيركي بنصف قطر انحناء المرايا 22 مترًا ، بطول 22 مترًا وقطر 250 ملم. الأنبوب مصنوع من الحديد الإلكتروليتي. قبل ملء الأنبوب بغاز الاختبار ، تم ضخه إلى عدة مم زئبق. فن. (فيما بعد بدأوا في الحصول على فراغ يصل إلى أعشار مم زئبق فن.). في عملهم الأول ، قام هيرزبرج وكايبر بتغيير ضغط ثاني أكسيد الكربون في الأنبوب في النطاق من 0.12 إلى 2 ضغط جوي. كان طول طبقة الامتصاص 88 م و 1400 م ، أي في الحالة الأولى ، مر الضوء عبر الأنبوب 4 مرات ، وفي الحالة الثانية - 64 مرة. من الأنبوب ، تم توجيه الضوء إلى مقياس الطيف. في هذا العمل ، استخدمنا نفس مقياس الطيف الذي تم من خلاله الحصول على أطياف كوكب الزهرة والمريخ. تم تحديد الأطوال الموجية لنطاقات امتصاص ثاني أكسيد الكربون في أطياف المختبر. من خلال مقارنة مخططات الطيف ، تم التعرف بسهولة على نطاقات الامتصاص غير المعروفة في أطياف كوكب الزهرة. في وقت لاحق ، تم تحديد العصابات في أطياف المريخ والقمر بطريقة مماثلة. إن قياسات التوسيع الذاتي للخطوط الطيفية ، الناتجة فقط عن تغير ضغط الغاز أو بسبب إضافة غاز آخر ، ستجعل من الممكن تقدير الضغط في الأغلفة الجوية للكواكب. وتجدر الإشارة إلى وجود تدرجات ضغط ودرجة حرارة في أجواء الكواكب ؛ هذا يجعل من الصعب تصميمها في المختبر. المثال الثالث. أشرنا إلى أهمية العمل برئاسة أ. شربوا.يخصص الكثير منهم لدراسة أطياف الجزيئات الرباعية: النيتروجين (N2) والهيدروجين (H2) والجزيئات الأخرى. بالإضافة إلى ذلك ، يشارك رانك ومعاونيه في قضايا الساعة لتحديد الثوابت الدورانية والاهتزازية للجزيئات المختلفة ، والتي تعد ضرورية جدًا للفيزيائيين وعلماء الفيزياء الفلكية.

في دراسة أطياف الامتصاص الجزيئي في مختبر Ranque ، تم استخدام أنبوب امتصاص كبير بطول 44 مترًا وقطر 90 سم مع نواقل ضوئية متعددة. مصنوعة من أنابيب الفولاذ المقاوم للصدأ. يمكن الحصول على ضغط الغازات المدروسة فيه حتى 6.4 كجم / سم 2 ، وطول مسار الضوء - حتى 5000 متر. باستخدام هذا الأنبوب ، أجرى رانك قياسات معملية جديدة لخطي CO2 و H2O ، مما جعله من الممكن تحديد كمية الماء المترسب (H2O) وثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي للمريخ. تم إجراء القياسات بناءً على طلب علماء الفيزياء الفلكية الأمريكيين L. Kaplan و D. Munch و K. Spinrad وكان عليهم تأكيد صحة تحديدهم لنطاقات الدوران لخطوط H2O حول X = 8300 A و CO2 حول X = 8700 أ.

يتم إجراء الدراسات المعملية لأطياف الامتصاص الجزيئي في المختبرات القمرية والكواكب بجامعة أريزونا بنجاح كبير. T. أوين دور نشط في هذه الأعمال. تم تركيب أنبوب امتصاص بطول 22 مترًا وقطر 250 ملم مزود بنقل ضوئي متعدد في المختبر. أنبوب فولاذي ، مبطّن بحديد إلكتروليتي بداخله. يتم الحصول على أطياف المختبر على مطياف حيود مع تشتت خطي 2.5 A / مم. التحقيقات الرئيسية هي الميثان (CH4) والأمونيا (NHa). يتم إجراء الدراسة في نطاق واسع من الضغوط وبطول امتصاص كبير. مصدر الضوء هو إما الشمس أو مصباح التنجستن المتوهج. لذلك ، على سبيل المثال ، بالنسبة للعمل "تحديد تكوين الغلاف الجوي والضغط على سطح المريخ" ، والذي تم تنفيذه بواسطة أوين وكويبر (1954) ، كان مطلوبًا في المختبر فحص X = 1.6 μ الفرقة في ثاني أكسيد الكربون النقي (CO2) في ظل الظروف التالية:

أجرى أوين وكويبر أيضًا دراسة حول إضافة الغاز الأجنبي. لاحظ المؤلفون أنه إذا تم تحديد إجمالي محتوى ثاني أكسيد الكربون من نطاقات ضعيفة ، فيمكن للمرء أن يجد بشكل تجريبي الضغط الجوي ، ولا سيما على المريخ ، من قياسات النطاق X = 1.6 ميكرون ، ويكتشف وجود أي مكون آخر. لكن التحديد التجريبي لتأثيرات الضغط في مخاليط الغاز في هذا التركيب أمر مستحيل ، لأنه من الضروري أن يكون طول مسار الحزمة يساوي ارتفاعين من الغلاف الجوي المتجانس للمريخ ، أي حوالي 40 كم. في تجارب Kuiper و Owen ، كان مسار الامتصاص 4 كم فقط ، أي 10 مرات أقل.

عندما حصل كل من J. Kuiper و R. Wilod و T. Owen في عام 1966 على أطياف أورانوس ونبتون ، اتضح أنها تحتوي على عدد من نطاقات الامتصاص غير المعروفة. نظرًا لأنه من المرجح أن الغلاف الجوي لهذه الكواكب يتكون من الميثان (CH4) ، فقد تم إجراء دراسات معملية معه. تم الحصول على أطياف المختبر في مسارات بصرية كبيرة جدًا وخلخلة معتدلة. على سبيل المثال ، تم الحصول على جزء من أطياف CH في نطاق الطول الموجي 7671 و 7430 A بطول امتصاص فعال يبلغ 1940 مترًا من atm ، وجزء من الأطياف في النطاق 7587 ، 7470 A وأقصر - عند a بطول 2860 م جهاز صراف آلي.

فقط مقارنة أطياف أورانوس ونبتون مع أطياف المختبر جعلت من الممكن تحديد النطاقات المجهولة بثقة وإثبات أن الامتصاص في أجواء هذه الكواكب ناتج بشكل أساسي عن الميثان. مع معهد إلينوي لبحوث التكنولوجيا (ILI بطول 12.5 مترًا وقطر 125 ملم ؛ مصنوع من الفولاذ المقاوم للصدأ) ، أجرى أوين بحثًا عن الميثان وبخار الماء والأمونيا. كان طول مسار الضوء 1000 متر ، أي الضوء في الأمام ومرت الاتجاهات الخلفية في الأنبوب 80 مرة ، وتمت مقارنة أطياف الغازات التي تم الحصول عليها في المختبر مع أطياف المشتري والزهرة والقمر ، وبهذه الطريقة قام أوين بتحديد عصابات غير معروفة في أطياف هذه الكواكب.تم الحصول على أطياف هذه الكواكب في مرصد ماكدونالد بعاكس 82 "وعاكس 84" و 60 "تلسكوب شمسي في مرصد قمة كيت الوطني. تسمح لنا الدراسة التفصيلية للرسومات الطيفية باستنتاج أن نطاقات الامتصاص الناتجة عن الميثان والأمونيا والهيدروجين يتم تحديدها بثقة في الغلاف الجوي لكوكب المشتري. بالنسبة للغازات الأخرى ، من الضروري إجراء عدد من الاختبارات المعملية.

في الندوة الدولية في كييف (1968) أبلغ أوين عن نتائج التحديد الطيفي للغازات الموجودة في أجواء كوكب المشتري وزحل وأورانوس.

لاحظنا أنه ليس من الممكن دائمًا تحليل وتحديد المخططات الطيفية التي تم الحصول عليها للأجرام السماوية عن طريق المقارنة المباشرة مع أطياف المختبر. يمكن تفسير ذلك من خلال حقيقة أن إثارة وتوهج الوسائط الغازية على الأجرام السماوية يحدث غالبًا في ظروف فيزيائية كيميائية معقدة للغاية لا يمكن إعادة إنتاجها بدقة في المختبرات الأرضية. لذلك ، عند مقارنتها مع أطياف المختبر ، تظل بنية العصابات الجزيئية وشدتها غامضة. ثم عليك أن تلجأ إلى طرق غير مباشرة لتحديد الهوية. دعونا نذكر ، على سبيل المثال ، حالة المخطط الطيفي للذروة المركزية للحفرة القمرية ألفونس ، والتي حصل عليها إن إيه كوزيريف في 3 نوفمبر 1958 وعالجها في نفس العام. تم التعرف على المخطط الطيفي من خلال مصادفة عدد من نطاقات C2 المعروفة. ومع ذلك ، فإن السطوع الأقصى للنطاق عند A = 4740 A يتطلب تفسيرًا خاصًا ، حيث لم يكن من الممكن الحصول على طيف مماثل في المختبر. يشرح كوزيريف هذا التحول من خلال حقيقة أن الجزيء المعقد يتأين تحت تأثير الإشعاع القاسي من الشمس ، ونتيجة لذلك ، يتشكل جذر C2 ، الذي ينتمي إليه النطاق النازح ، والذي لا يتطابق مع العصابات المعروفة في هذه المنطقة. منذ أن توصل كوزيريف إلى استنتاج جريء للغاية على أساس هذه النتائج حول الطاقة الداخلية للقمر الداخلي وحول الانبعاث البركاني للغازات ، فقد تقرر إعادة معالجة هذا الطيف الفريد. تم إجراء هذه المعالجة بواسطة A.A. Kalinyak ، باستخدام طريقة القياس الدقيق. تم تأكيد استنتاج كوزيريف.

فيما يتعلق بتطوير تكنولوجيا الصواريخ وإطلاق الصواريخ خارج الغلاف الجوي للأرض ، أصبح من الممكن الحصول على معايير فيزيائية جديدة للأغلفة الجوية للكواكب ودراسة خصائص الأجرام السماوية التي كانت غير قابلة للرصد من قبل. ولكن في معالجة وتحليل الملاحظات التي تم الحصول عليها بمساعدة الصواريخ والوسائل الأرضية ، تواجه صعوبات كبيرة ، بسبب نقص الأبحاث المختبرية. يمكن القضاء على هذه الصعوبات من خلال العمل التجريبي لعلماء الطيف والفيزياء وعلماء الفيزياء الفلكية ، الذين لا تتطابق اهتماماتهم فحسب ، بل تتداخل أيضًا في دراسة أطياف الامتصاص والانبعاثات الذرية والجزيئية. وبالتالي ، لا يمكن حل المهام التي تواجههم بنجاح إلا من خلال العمل المشترك في المختبرات الأرضية. لذلك ، على الرغم من التقدم الهائل في دراسة الغلاف الجوي للكواكب باستخدام تكنولوجيا الصواريخ ، يجب أن تلعب المختبرات الأرضية دورًا مهمًا ولا تفقد أهميتها بأي حال من الأحوال بالنسبة للفيزياء الفلكية.

ميتروفانوفا

منشورات مماثلة

كيف "نبني" جزيء؟

قادة المدافع الإلكترونية

يكتسب القرن الحادي والعشرون زخما