模拟海王星外天体雾霾的 N2O 固体的中红外成像光谱学研究

Daiki Takama; Ryoichi Koga; Shohei Negishi; Biao Zhao; Yuan Li; Yasuhiro Hirahara; Fumiyuki Ito

模拟海王星外天体雾霾的 N2O 固体的中红外成像光谱学研究

地球与行星天体物理 2025-04-04 v1 天体物理仪器与方法化学物理

作者: Daiki Takama , Ryoichi Koga , Shohei Negishi , Biao Zhao , Yuan Li , Yasuhiro Hirahara , Fumiyuki Ito

摘要

一氧化二氮（N $_2$ O）冰很可能存在于冥王星和海卫一等海王星外天体中，可能是由太阳紫外线（UV）辐射或宇宙射线照射 N $_2$ 和 CO 冰形成的。然而，较高温度区域（90-110 K）中 N $_2$ O 冰的中红外光谱特征、紫外线照射期间中红外光谱的变化以及氮氧化物（N $_x$ O $_y$ ）冰的化学网络仍然缺乏充分了解。本研究旨在通过使用二维成像傅里叶变换红外光谱对低温粒子进行原位中红外光谱测量来阐明这些方面。光谱成像证实了在 7.75 $\mu$ m（N $_2$ O $\nu_1$ 振动模式）处的强吸收，并在 8.60 $\mu$ m（N $_2$ O 2 $\nu_2$ ）、7.27 $\mu$ m（N $_2$ O 扭转）和 5.29 $\mu$ m（N $_2$ O $\nu_1$ + $\nu_2$ ）处观察到较弱的振动模式。模拟高温条件的退火实验表明，所有振动模式均随温度升高而不可逆地增强，表明发生了渐进的结晶化。在凝聚的样品中约 12 $\mu$ m 和 14 $\mu$ m 处出现了新的光谱特征。使用 D $_2$ 灯将 N $_2$ O 冰暴露于紫外线辐射（190-340 nm）8.5 小时，以研究紫外线照射期间的光谱变化。照射 60-90 分钟后，所有 N $_2$ O 振动模式消失，而包括 NO、NO $_2$ 、N $_2$ O $_3$ 和 O $_3$ 在内的各种氮氧化物的吸收强度增加。超过 180 分钟后，多种氮氧化物冰的振动模式在不同波长处表现出强度变化，对应于其他物质，如顺式-(NO) $_2$ 、N $_2$ O $_4$ 和 N $_2$ O $_5$ 。

关键词

中红外光谱一氧化二氮冰海王星外天体紫外线照射低温粒子

引用

@article{arxiv.2504.02210,
  title  = {Mid-Infrared Imaging Spectroscopy of N2O Solid Simulating the haze of trans-Neptunian objects},
  author = {Daiki Takama and Ryoichi Koga and Shohei Negishi and Biao Zhao and Yuan Li and Yasuhiro Hirahara and Fumiyuki Ito},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2504.02210},
  year   = {2025}
}

备注

30 pages, 14 figures, Graduate University for Advanced Studies/Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA)/Institute of Space and Astronautical Science (ISAS), Graduate School of Data Science, Nagoya City University, Nagoya, Aichi 467-8601, Japan. Graduate School of Environmental Studies, Nagoya University, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST)

模拟海王星外天体雾霾的 N2O 固体的中红外成像光谱学研究

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