Двухатомные молекулы играют важную роль в планетологии при изучении элементного и химического состава вещества на поверхности планет Солнечной системы, а также их спутников. Их фотодиссоциация является важным источником атомов в различных небесных объектах. Источником простых молекул в экзосферах Меркурия и Луны является метеоритная бомбардировка [1,2]. Извержения вулканов являются основными источниками хлоридов и фторидов щелочных элементов в атмосфере спутника Юпитера - Ио [3]. Фотолиз хлоридов и фторидов щелочных металлов является важным источником атомов Na и K в экзосфере Ио [4].
Атомы Na, K, Al и Fe были обнаружены в экзосфере Меркурия [5]. Лунный аппарат LADEE зафиксировал содержание атомов Na и K в лунной экзосфере [6]. Молекулы NaCl были обнаружены в околозвездной оболочке IRC +10216 [7]. NaCl также может быть на поверхности Меркурия [8]. Хлориды щелочных элементов могут быть присутствовать в карликовой атмосфере[9], в облаках земных атмосфер [10] и в лунных вулканических газах [11].
Наблюдения показывают, что во время метеоритных потоков концентрация некоторых атомов в экзосферах Луны и Меркурия значительно увеличивается. Поэтому, была высказана гипотеза о том, что метеоритная бомбардировка является наиболее вероятным источником появления атомов щелочных и щелочноземельных металлов в планетарных экзосферах [2]. При этом в [12] показано, что одним из основных механизмов образования атомов Li, Na является фотолиз.
Метеорит, при приближении к поверхности небесных тел, развивает скорость до 70 км/с, что означает выделение большой кинетической энергии при его падении, которая выделяется в виде теплоты. После падения, в результате термохимических процессов, происх о- дящих с веществами поверхности и метеорита, образуется облако, состоящее из различных атомов. Химический состав данного облака находится в термодинамическом равновесии при высоких температурах и давлениях. В то время, как облако остывает, протекание химических процессов уменьшается, и когда времена протекания химических и гидродинамических реакций становятся сравнимы, происходит образование молекул из атомов. В зависимости от температуры облака, которая в свою очередь зависит от размеров метеорита, образуются двухатомные или многоатомные молекулы. Образованные молекулы вылетают из облака в экзосферу, где под действием солнечной радиации может произойти реакция фотолиза - распад этих молекул под действием солнечных фотонов. За время первого баллистического полета молекулы могут диссоциировать на атомы и, следовательно, они являются источником появления атомов металла в экзосферах небесных тел.
Основными параметрами фотолиза в планетарных экзосферах являются времена фотолиза и кинетические энергии фотолиза [13]. Для оценки данных параметров необходимо знать зависимость длины волны от сечения фотолиза исследуемых видов. Сечения поглощения для галогенидов щелочных металлов, таких как LiCl и NaCl были измерены в [14]. Сечение фотодиссоциации NaCl также измерялось в [15]. Однако аналогичные исследования щелочных фторидов еще не проводились. На основании экспериментальных измерений сечений фотодиссоциации в [3] были оценены времена жизни фотолиза хлоридов, бромидов и йодидов Li и Na.
Есть несколько работ, посвященных теоретическим исследованиям фотолиза двухатомных молекул. Ранее была разработана оригинальная квантово-химическая модель оценки сечения фотолиза двухатомных молекул и ее применили для изучения фотодиссоциации LiO, NaO, KO, MgO и CaO [12]. Однако другие важные двухатомные молекулы, такие как хлориды и фториды щелочных металлов не были рассмотрены в [12].
Целью данной работы является оценка сечений фотодиссоциации и времени жизни фотолиза двухатомных молекул LiF, NaF, KF, LiCl и NaCl с использованием современных ab initio квантово-химических методов и модели [12]. В настоящей работе все появившиеся интегралы вычислялись численно с высокой точностью. Знание параметров фотолиза вышеназванных молекул важно для изучения поведения щелочных элементов в планетарных экзосферах, атмосферах холодных звезд и экзопланетах.
Основные выводы и результаты, полученные при выполнении выпускной бакалаврской в работы, состояли в следующем.
1. Изучены:
• Квантово-химический программный пакет Molpro;
• Высокоточный ab initio вычислительный метод многоконфигурационного взаимодействия MR-CI;
• Программный пакет Maple.
2. Проведены:
• расчеты кривых потенциальных энергий молекул NaCl, LiCl, KF, NaF, LiF методом MR- CI;
/^7^+ 1^^‘XT’1 + 1v*+
• расчеты дипольных моментов электронных переходов (X L ^A П и X L ^В L ) методом XMC-QDPT2;
• расчеты сечений фотолиза молекул NaCl, LiCl, KF, NaF, LiF с использованием программного пакета Maple.
3. Проведенный расчет потенциальных кривых для исследуемых молекул NaCl, LiCl, KF, NaF, LiF показал, что за фотодиссоциацию ответственны распадные электронные состояния. Поэтому, в соответствии с [17] в качестве основного канала фотодиссоциации была выбрана диссоциация в первом возбужденном распадном электронном состоянии (его вклад в диссоциацию составляет около 90%).
4. Показано, что молекулы LiCl и NaCl диссоциируют на отдельные атомы уже во время первого баллистического полета. Для остальных молекул (KF, NaF, LiF) время жизни фотолиза сравнимо или больше, чем типичное время первого баллистического полета. Следовательно, фотолиз фторидов не является основным источником появления щелочных атомов в планетарных экзосферах.
По результатам ВКР
• направлена статья: Photolysis of diatomic molecules as a source of atoms in planetary exospheres / R. R. Valiev, A. A. Berezhnoy, I. S. Gritsenko, B. S. Merzlikin, V. N. Cherepanov, T. Kurten, C. Wohler // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. - 2019; (if 5.1)
• сделан устный доклад на конференции «Аэрозоли Сибири»: Исследование потенциальных энергий астрофизических молекул / И.С. Гриценко, Ю.Н. Калугина, Р.Р. Валиев, В.Н. Черепанов // ноябрь 2018;
• представлен доклад на международную конференцию «XIX Международный симпозиум по молекулярной спектроскопии высокого разрешения» в городе Нижний Новгород: Фотолиз двухатомных молекул как источник атомов в планетарных экзосферах / R. R. Valiev, A. A. Berezhnoy, I. S. Gritsenko, B. S. Merzlikin, V. N. Cherepanov, T. Kurten, которая состоится 1-5 июля 2019г.
