Modelado de Interacciones de Electrones Dependientes de la Energía en la Mesosfera de la Tierra
Autores: Campbell, Laurence; Brunger, Michael J.
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Ciencias Naturales y Subdisciplinas
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Los electrones se producen en la mesosfera nocturna tranquila de la Tierra por ionización por rayos cósmicos y por ionización de NO por radiación de Lyman. Se eliminan mediante procesos de unión o recombinación que generalmente se asumen en la modelización como ocurridos a la temperatura ambiente. Sin embargo, los electrones tienen energías iniciales que son mucho más altas que en equilibrio térmico, por lo que deben tener un rango de energías a medida que avanzan hacia el equilibrio a través de interacciones con átomos y moléculas. Dado que las tasas de unión y recombinación dependen de la energía del electrón, es posible que la modelización que considera la energía real de los electrones dé resultados diferentes a aquellos basados en suponer que los electrones están a la temperatura ambiente. En este trabajo, comenzando con electrones a una energía inicial más alta, se rastrean las interacciones detalladas de los electrones (incluyendo dispersión elástica y excitación vibracional de moléculas) en una simulación por pasos de tiempo. Esta simulación se implementa tratando a los electrones en subrangos del espectro de energía electrónica como especies químicas. Esto permite investigar dos fenómenos en la mesosfera nocturna: el origen del saliente de la región D y la producción de emisiones radiativas de moléculas excitadas vibracionalmente. Se encuentra que hay una diferencia negligible en las densidades de electrones calculadas utilizando la temperatura ambiente o modelos de interacción detallados, por lo que este estudio no proporciona una explicación para el saliente de la región D. Sin embargo, en el último modelo, se predicen emisiones a varias longitudes de onda debido a reacciones que involucran moléculas excitadas vibracionalmente. También se encuentra, utilizando el cálculo por pasos de tiempo, que tomaría varias horas para que la densidad de electrones predicha se acerque al equilibrio.
Descripción
Los electrones se producen en la mesosfera nocturna tranquila de la Tierra por ionización por rayos cósmicos y por ionización de NO por radiación de Lyman. Se eliminan mediante procesos de unión o recombinación que generalmente se asumen en la modelización como ocurridos a la temperatura ambiente. Sin embargo, los electrones tienen energías iniciales que son mucho más altas que en equilibrio térmico, por lo que deben tener un rango de energías a medida que avanzan hacia el equilibrio a través de interacciones con átomos y moléculas. Dado que las tasas de unión y recombinación dependen de la energía del electrón, es posible que la modelización que considera la energía real de los electrones dé resultados diferentes a aquellos basados en suponer que los electrones están a la temperatura ambiente. En este trabajo, comenzando con electrones a una energía inicial más alta, se rastrean las interacciones detalladas de los electrones (incluyendo dispersión elástica y excitación vibracional de moléculas) en una simulación por pasos de tiempo. Esta simulación se implementa tratando a los electrones en subrangos del espectro de energía electrónica como especies químicas. Esto permite investigar dos fenómenos en la mesosfera nocturna: el origen del saliente de la región D y la producción de emisiones radiativas de moléculas excitadas vibracionalmente. Se encuentra que hay una diferencia negligible en las densidades de electrones calculadas utilizando la temperatura ambiente o modelos de interacción detallados, por lo que este estudio no proporciona una explicación para el saliente de la región D. Sin embargo, en el último modelo, se predicen emisiones a varias longitudes de onda debido a reacciones que involucran moléculas excitadas vibracionalmente. También se encuentra, utilizando el cálculo por pasos de tiempo, que tomaría varias horas para que la densidad de electrones predicha se acerque al equilibrio.