Исследуемый в данной работе диоксид серы SO2 представляет собой бесцветный газ, токсичный в случае больших концентраций. Данное обстоятельство приводит к необходимости получения информации о его концентрациях в атмосфере как Земли, так и таких планет как Венера, Марс и экзопланет [1-3]. На Земле мониторинг концентрации диоксида серы помогает оценивать активность вулканов, а также контролировать состояние атмосферы на предмет вредных выбросов. Наличие диоксида серы в составе атмосфер экзопланет свидетельствует о наличии геодезической активности, что является одним из факторов пригодности планет к жизни.
Развитие спектроскопии высокого разрешения способствует получению всё большего количества данных о молекулах, находящихся как на Земле, так и в далеком межзвездном пространстве. Кроме того, создание высокочувствительных телескопов позволяет получать спектры слабой интенсивности от далеких объектов во Вселенной. С помощью информации о фундаментальных свойствах молекулы возможно осуществить прогнозирование ее свойств в широких спектральных диапазонах. В связи с этим актуальной является задача определения с высокой точностью интенсивностей и положений спектральных линий в молекулярных спектрах высокого разрешения.
Извлечение спектральной информации невозможно без представления о структуре колебательно-вращательных спектров молекул, зависящей от их типа симметрии. Диоксид серы является трехатомной плоской молекулой, в связи с чем обладает тремя нормальными колебаниями vi, v2, V3, включающими симметричное растяжение длин связей, изгибное колебание и антисимметричное растяжение, соответственно (Рисунок 1).
Vi= 1153 см-1 v2 = 508 см-1 v3 = 1362 см-1
Рисунок 1. Нормальные колебания молекулы диоксида серы
Молекула SO2 является молекулой типа асимметричного волчка и соответствует группе симметрии C2v. Нормальные колебания SO2 характеризуются симметрией А1 для v1, v2 и B1 для v3. В связи с этим разрешенными переходами по вращательным квантовым числам для диоксида серы являются переходы с AJ = 0, ±1, ДКа = 0, ±1, ДКС = ±1. SO2 представляет собой тяжелую молекулу с большими моментами инерции и малыми вращательными постоянными, вследствие чего ее спектр поглощения является очень плотным. В спектральном интервале 1 см-1 могут содержаться десятки колебательно вращательных линий диоксида серы, что приводит к определенным сложностям как при определении экспериментальных положений и интенсивностей линий, так и при идентификации спектра. В связи с этим существует потребность в применении надежных методик создания экспериментальных пиклистов, присвоении колебательновращательных квантовых чисел и моделировании уровней энергии молекулы.
Таким образом, целью данной работы является теоретический анализ спектра поглощения молекулы SO2 в спектральных диапазонах 3500 - 3700, 4650 - 4800 см-1. В соответствии с данной целью были выдвинуты следующие задачи: получение экспериментальных списков колебательно-вращательных линий поглощения молекулы SO2, проведение идентификации колебательно-вращательных линий, моделирование уровней энергии и интенсивностей колебательно-вращательных переходов молекулы SO2 с использованием метода эффективного гамильтониана.
В ходе данной работы с целью исследования спектра поглощения молекулы SO2 в диапазоне 3500-3700 см-1 и 4650-4800 см-1 были решены следующие задачи:
1) идентифицировано 2755 колебательно-вращательных переходов для 32SO2 (201)¬(000), 1199 переходов для 34SO2 (201)-(000), 1127 для горячей полосы (211)-(010), 1740 для полосы (301)-(000), что значительно превышает число переходов, известных в литературе;
2) впервые обнаружена горячая полоса (301)-(100), для которой наблюдалось 569 колебательно-вращательных переходов;
3) составлен пиклист в диапазоне 4650-4800 см-1, в котором поглощает полоса (301)-(000), определено 757 уровней энергии состояния (301), что на 278 больше, чем в литературе;
4) определено 1237 уровней энергии для 32SO2 (201), 644 уровней для 34SO2 (201), 585 для 32SO2 (211);
5) проведено моделирование уровней энергии методом эффективного гамильтониана для состояний 32SO2 (201), 34SO2 (201), (211), (301), для которых получены среднеквадратичные отклонения 5.7 I0-'1 см-1, 7.2 I0-'1 см-1, 7.8 I0-'1 см-1, 9.7 I0-'1 см-1, соответственно;
6) найдены значения параметров дипольного момента из моделирования интенсивностей методом эффективного гамильтониана для полос 32SO2 (201)-(000), 34SO2 (201)-(000), 32SO2 (211)-(010), при этом среднее отклонение значений экспериментальных интенсивностей от рассчитанных составило 8.68%, 13.16%, 14.77%, соответственно;
На основе данных результатов будет составлен список высокоточных уровней энергии молекулы SO2, а также возможно создание эмпирического списка колебательно-вращательных линий. Данная информация будет актуальна для моделирования спектров атмосферы, качественной интерпретации экспериментальных спектров, определения и уточнения фундаментальных свойств молекул в широком спектральном диапазоне. Кроме того, большая часть информации в базе данных HITRAN для диоксида серы в данном диапазоне содержит расчетные данные, в частности, для горячей полосы (211)-(010) основного изотополога. Полученные в настоящей работе данные существенно дополнят эту информацию.
