mise à jour : 13 décembre 2021
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Emission volumique

Auteur: Jean-Yves Chaufray

Pour chaque processus, on définit le taux de production de O dans l'état excité 1S, c'est à dire le nombre d'atomes d'oxygène produit dans l'état 1S par unité de volume et par unité de temps. Pour les deux premiers processus décrit à la page précédente, ce taux de production est proportionnel à la densité de CO2. Pour le troisième processus il est proportionnel à la densité de O2+ et pour le dernier processus il est proportionnel à la densité de O.

Le taux de production Q1 du premier processus est donné par:

Q_1=n_(CO_2)*int(Phi(lambda)*sigma_(CO_2+h*nu-->CO+O))(lambda)*d*lambda

Φ(λ) étant le flux solaire à la longueur d'onde λ et σCO2+hν CO+O(1S) ) la section efficace du processus considéré pour la longueur d’onde λ.

Le taux de production Q2 du second processus est donné par

Q_2=n_(CO_2)*int(F(E)*sigma_(CO_2+e-->CO+O))(E)*d*E

F(E) étant le flux de photoélectrons d'énegie E et σCO2+eCO +O(E) la section efficace de ce processus pour un életron d'énergie E

Le taux de production Q3 du troisième processus a une forme similaire à celle du processus 2

Q_3=n_(O)*int(F(E)*sigma_(O+e-->O))(E)*d*E

Le taux de production du Q4 du quatrième processus peut s'écrire sous une forme identique à Q2 et Q3. Cependant, contrairement aux processus 2 et 3 qui nécessitent des électrons avec des énergies suffisante pour dissocier CO2 ou exciter O. La recombinaison dissociative se fait principalement avec des électrons de basse énergie dont la distribution en énergie est bien décrite par une distribution maxwellienne. L'intégration peut alors être remplacée par une fonction ne dépendant que de la densité et de la température des électrons. Le terme Q4 peut alors s'écrire sous la forme

Q_4=p*alpha(T_e)*n_e*n_(O_(2)^(+))

Le coefficient α est appelé coefficient de réaction et contient tout l'information de nature cinétique. Il dépend de la température des électrons, p est un nombre compris entre 0 et 1 qui représente la probabilité que l'état excité 1S soit produit par la réaction (p ~ 4%).

L'atome dans l'état excité 1S produit par un des quatre mécanismes ci-dessus peut se désexciter vers l'état 1D ou l'état fondamental 3P. Seule la desexcitation vers l'état 3P conduit à l'émission d'un photon de longeur d'onde 297 nm. Les proportions de desexcitation de 1S vers 3P et 1S vers 1D sont directement proportionnel aux coefficients d'Einstein des transitions notés A297 et A557.

L'émission volumique totale à 297 nm est donc donnée par

epsilon=(A_297/(A_297+A_557))*(Q_1+Q_2+Q_3+Q_4)

Dans ce calcul, on a négligé les processus de désexcitation par collisions (quenching). Ce terme peut être pris en compte en ajourant sa fréquence au dénominateur

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