«Îïòèêà атмосферы и îêåàíà», 22, ¹ 2 (2009)
СПЕКТРОСКОПИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ
УДК 535.343.4
К вопросу о возможности наблюдения линий
миллиметрового спектра димера воды
в равновесной газовой фазе
*
А.Ф. Крупнов, М.Ю. Третьяков
Институт прикладной физики РАН
603600, ã. Нижний Íîâãîðîä, óë. Óëüÿíîâà, 46
Поступила в редакцию 7.04.2008 ã.
Ранее было предложено (À.Ô. Крупнов и äð. // Оптика атмосферы и îêåàíà. 2007. Ò. 20. ¹ 9. Ñ. 772–776)
для обнаружения спектра димера воды в равновесном состоянии наблюдать отдельные вращательные линии
димера воды в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах длин волн при высоком разрешении, и была
показана достаточность чувствительности некоторых типов микроволновых спектрометров для наблюдения
линий димера с рассчитанным нами коэффициентом поглощения. В настоящей статье рассматриваются условия
такого наблюдения отдельной линии димера на фоне суммарного поглощения излучения парами воды
в миллиметровом диапазоне. Показано, что рассчитанная интенсивность отдельной вращательной линии
димера лишь в несколько раз меньше полного континуального поглощения парами воды и поглощение димерами
воды составляет основную часть всего наблюдающегося поглощения парами воды в миллиметровом диапазоне.
Таким образом, предложенное нами ранее направление исследований представляется перспективным
для обнаружения димеров воды в равновесных условиях, попытки которого ведутся уже около 40 лет.
Ключевые слова: димер воды, континуальное поглощение, равновесные условия, миллиметровые волны.
Введение
Указание на то, что в водяном паре часть молекул
воды находится в ассоциированном состоянии,
можно найти, например, в работах 30-х гг. прошлого
века Г.С. Ландсберга, отмечавшего наличие равновесного
состояния в водяном паре между изолированными
и ассоциированными молекулами и показавшего,
что изменение температуры пара приводит
лишь к смещению этого равновесия, но не приводит
к постепенному ослаблению водородных связей между
ассоциированными молекулами [1]. Вопрос о наличии
молекул воды в земной атмосфере, находящихся
в простейшем ассоциированном состоянии, т.е.
в виде димера воды, и, более того, о возможности
объяснения этим наблюдаемого в эксперименте избыточного
по сравнению с линиями мономеров воды
поглощения излучения миллиметрового и субмиллиметрового
(ММ и СубММ) диапазонов волн был
впервые четко поставлен в 60-х гг. в работах Викторовой
и Жевакина (ñì., íàïðèìåð, [2]).
Попытки обнаружить поглощение излучения
в атмосфере Земли димерами воды предпринимались
практически с 1966 ã. [2]. Имеется также целый
ряд работ, сообщавших о результатах обнаружения
такого поглощения, но они впоследствии не нашли
______________
* Андрей Федорович Крупнов (kru@appl.sci-nnov.ru);
Михаил Юрьевич Третьяков (trt@appl.sci-nnov.ru).
подтверждения. К наиболее ранним, по-видимому,
можно отнести работу [3], а к наиболее известным
в последнее время – работу 2003 ã. [4]. Публикация
этих работ, разделенных 34 годами, в самых высокорейтинговых
научных журналах свидетельствует
о большом интересе к этой проблеме, не прошедшем
за последние сорок лет. Длительная история исследований
свидетельствует также о трудности проблемы,
не решенной до сих пор.
Обычно рассматривается и исследуется экспериментально
поглощение димерами воды в атмосферных
условиях, т.е. при сравнительно большом суммарном
давлении газов, которое приводит к слиянию
отдельных линий димера воды и делает поглощение
димерами неотличимым от других видов континуального
поглощения. Разумеется, в исследовании распространения
излучения в атмосфере конечной целью
является именно изучение поглощения в атмосферных
условиях. Однако спектрально неразрешимое
смешивание различных видов поглощения весьма
усложняет задачу их разделения.
Особенные трудности в выделении континуальной
части поглощения излучения атмосферой возникают
из-за неточности и неполноты используемой
базы данных о линиях мономера воды, попадающих
в исследуемый диапазон. Наиболее трудна эта задача
для высокочастотных областей спектра (оптика).
Например, после появления работы [4] авторы [5]
обнаружили более двухсот новых линий мономера
воды в рассматриваемой в [4] области спектра,
К вопросу о возможности наблюдения линий миллиметрового спектра димера воды…
107
Стр.1