用于行星大气学的O($^3P$) + N$_2$碰撞的量子散射截面
地球与行星天体物理
2023-10-13 v2 大气与海洋物理
化学物理
空间物理
摘要
“热原子”即处于激发态的原子,通过碰撞将其能量传递给周围大气。这一能量传递过程称为热化,并在多种天体物理与大气过程中起关键作用。热原子的热化主要由周围大气中存在的物种数量以及热原子与周围物种间的碰撞截面所支配。本工作中,我们研究了热氧原子与中性N分子之间的弹性与非弹性碰撞,这与火星大气中氧气逃逸以及高超声速流中的化学反应表征相关。我们在一系列碰撞能量(0.3至4 eV)下对O()原子与N分子的各种同位素进行了量子散射计算,并采用量子时间无关耦合通道方法计算了它们的微分截面与碰撞截面。微分截面结果表明强烈的前向散射偏好甚于侧向或后向散射,且这种散射各向异性在更高碰撞能量下更为显著。通过比较三种氧同位素的截面,我们发现较重同位素在整个所考察碰撞能量范围内始终比较轻同位素具有更大的碰撞截面。然而,对于所有同位素,碰撞截面随碰撞能量的变化规律相同。总体而言,本研究有助于更好地理解大气环境中热原子的能量分布与热化过程。具体而言,本工作给出的截面数据可直接用于提升火星与金星大气中O与N碰撞能量弛豫建模的精度。
引用
@article{arxiv.2309.00285,
title = {Quantum scattering cross sections of O($^3P$) + N$_2$ collisions for planetary aeronomy},
author = {Sanchit Kumar and Sumit Kumar and Marko Gacesa and Nayla El-Kork and Sharma S. R. K. C. Yamijala},
journal= {arXiv preprint arXiv:2309.00285},
year = {2023}
}
备注
7 pages, 5 figures, 4 tables, Accepted at MNRAS