Главная - Радиоастрономия - Молекулярное мазерное излучение


Молекулярное мазерное излучение
Наука - Радиоастрономия

При сильном отклонении от термодинамического равновесия возможно нарушение больцмановского распределения по уровням. Может реализоваться случай инверсии населенностей, когда температура возбуждения Tx некоторого перехода становится отрицательной. Это соответствует избытку населенности ( инверсии населенностей ) верхнего уровня u относительно нижнего уровня l по сравнению с формулой Больцмана. Степень инверсии населенностей характеризуется величиной

Инверсия может создаваться при помощи некоторого механизма накачки (излучением или столкновениями с частицами окружающего газа). При прохождении фонового радиоизлучения на частоте перехода nul возникает лавина вынужденных переходов ul, и излучение многократно усиливается. Имеет место мазерный эффект (maser – Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation). Условия, благоприятные для накачки молекул OH, H2O и некоторых других, существуют в областях звездообразования, вблизи молодых звездных объектов, а также в газопылевых оболочках звезд на поздней стадии эволюции – красных гигантов и сверхгигантов (§§ 5.5, 6.1).

Уравнения, описывающие перенос мазерного излучения в одномерном случае (в общем случае зависящие от времени):

член с A учитывает влияние спонтанных переходов (в мазере им обычно пренебрегают, так как основная роль принадлежит вынужденным переходам), P – мощность накачки (количество молекул, накачанных на верхний уровень u в 1 см3 за 1 с), I, Dn, P – функции x и t, an – коэффициент усиления мазера; второе уравнение отражает конкуренцию двух процессов: уменьшения Dn в результате вынужденных переходов сверху вниз и его увеличения за счет накачки. В стационарном случае производные по времени обращаются в ноль. Имеются два предельных решения:

а) ненасыщенный мазер (скорость накачки велика и превышает скорость вынужденных переходов):

– коэффициент мазерного усиления, Aul – вероятность спонтанного перехода u®l, dn – ширина мазерной линии; нарастание интенсивности с расстоянием происходит экспоненциально;

б) насыщенный мазер (скорость вынужденных переходов превосходит частоту актов накачки, то есть практически вся мощность накачки используется для мазерного усиления):

где Sp – скорость накачки (в расчете на одну молекулу за одну секунду), B – эйнштейновский коэффициент вынужденного перехода (2.39), W – телесный угол, в котором распространяется мазерное излучение; интенсивность растет линейно в зависимости от расстояния.

В космических источниках чаще реализуется случай насыщенного мазера: при значительном росте интенсивности условие случая (б) достигается очень быстро, и мазер переходит из ненасыщенного режима в насыщенный.

Для накачки мазера и создания инверсии населенностей некоторого перехода необходимы неравновесные условия (например, облучение анизотропным потоком радиации с непланковским спектром, различие температур газа и поля излучения и т.д.). Механизмы накачки делятся на радиативные (возбуждение излучением) и столкновительные (возбуждение столкновениями с частицами окружающего газа). В цикле накачки, помимо сигнальных уровней перехода u®l, участвуют другие, обозначенные p на рис. 2.7. В случае, когда уровень l представляет собой основное состояние молекулы (пример – линии OH l = 18 см), мазер можно считать трехуровневым; в других случаях в накачке участвуют как вышележащие, так и нижележащие уровни. Реально p могут представлять собой целые группы уровней.

Известны источники мазерного радиоизлучения (в линиях молекул OH, H2O, CH3OH, SiO и H2CO) в областях звездообразования, в окрестностях молодых звездных объектов, и в газопылевых оболочках звезд поздних спектральных классов – красных гигантов и сверхгигантов (в линиях OH, H2O, SiO и HCN). Особенно сильные мазеры OH, H2O и H2CO ( мегамазеры ) обнаружены в некоторых активных галактиках (§7.1).

 


Читайте:


Добавить комментарий


Защитный код
Обновить

Планеты соседи:

Фотосфера

News image

Видимая поверхность Солнца. Достигая толщины около 0,001 RD (200-300 км), пл...

Открытие спутника

News image

22 июня 1978 г. Дж. У. Кристи из Морской обсерватории в ...

Поверхность Венеры

News image

Для исследования характера поверхности Венеры под толстым слоем облаков астрономы ис...

Меркурий. Строение планеты

News image

С помощью Маринера-10 у Меркурия была обнаружена атмосфера. Дл...

В космосе...

Прошлое Марсианских океанов исследовали ученые

News image

Ученые получили новые доказательства существования океанов на Марсе в далеком прошлом, сообщает New Scientist. Это открытие стало возможным благодаря данным, со...

Phoenix Mars Lander завершил анализ первых проб грунта

News image

Как сообщили в Университете штата Аризона, спустя ровно три недели после приземления, аппарат Phoenix Mars Lander завершил анализ первых проб ма...

В прошлом почти все галактики сталкивались с соседями

News image

Группа астрофизиков, анализировавшая данные телескопа Хаббл , пришла к выводу, что практически все крупные галактики в прошлом претерпели слияние с ...

В Тихом океане затоплен последний аналоговый Прогресс

News image

В Тихом океане затоплен Прогресс М-67 - последний космический грузовик с аналоговой системой управления. Обломки корабля, не сгоревшие в ...

Авторизация



Новости космонавтики:

Найти и календари в Киеве: рекомендации

News image

Новые должности и работники – незаменимый атрибут компании, которая старается расти и систематически создает свежие вакансии. Следовательно, это создает постоянно новые красные даты в году ...

Мгновенно термос для школьника купить: с

News image

Настроение и аппетит улучшатся в разы, если на столе стоит оригинальная и качественная посуда. Непосредственно материал не имеет внушительного значения. Несомненно, у абсолютно любого из ...

Медицинская мебель для стоматологии (Пан

News image

Мебель является одним из главных атрибутов больниц в любой стране мира. Такой инвентарь как кресла, кушетки, шкафы, столы есть в любом больничном учреждении. Требования к ...

Каркасный дом

News image

Каркасная технология строительства домов считается самой подходящей для климатических условий нашей страны, она станет обеспечивать замечательный тепловой комфорт, и в комнатах будет присутствовать благоприятная ...