О СКОРОСТИ ОБРАЗОВАНИЯ ИОНОВ УГЛЕРОДА В КОМЕТАХ

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК РЕСПУБЛИКИ ТАДЖИКИСТАН
2008, том 51, №1
АСТРОФИЗИКА
УДК 523.6
Ш.Ш.Шоёкубов, Н.М.Хашимов
О СКОРОСТИ ОБРАЗОВАНИЯ ИОНОВ УГЛЕРОДА В КОМЕТАХ
(Представлено академиком АН Республики Таджикистан П.Б.Бабаджановым 12.11.2007 г.)
Результаты исследований кометы Галлея [1] наземными и космическими средствами, в
том числе с помощью аппаратуры, установленной на космических аппаратах ВЕГА-1, ВЕГА2 и Джотто, показали, что поверхность ядра кометы темная (альбедо 0.03-0.06). Полученные
данные подтвердили реальность модели ядра, состоящего из конгломератов льда и тугоплавких примесей. Наличие значительного количества атомарного и молекулярного углерода (С,
С2, С3) в атмосфере и темная поверхность ядра указывают на наличие тугоплавкого углерода
в составе льда ядра [2-4].
Из результатов наших лабораторных экспериментов, где модели ядра из замороженных смесей Н2О и СО2 бомбардировались потоком заряженных частиц (модель солнечного
ветра) энергией 1.5 КэВ, следовало, что после длительного облучения в потоке вторичных
ионов появляются тугоплавкие ионы углерода и с ростом дозы энергии облучения растет количество этих ионов [5, 6].
В данной работе с целью вычисления скорости формирования атомарного и молекулярного углерода на поверхностном слое ядра кометы под воздействием корпускулярного потока солнечного ветра были использованы коэффициенты ионной эмиссии, измеренныe с поверхности подложки эмитируемого кометного льда из смеси Н2О и СО2 для положительных
ионов Na+, Ar+, К+, Rb+ и Сs+ с энергией 1.5 КэВ.
Измерение интегрального коэффициента вторичной эмиссии
к
Ii
,
Io
где I+о – ток бомбардирующих ионов, I+i – ток вторичных ионов i-того атома, радикала или
молекулы, проводилось безинерционным методом двойной модуляции [7]. Более подробно
методика проведения эксперимента описана в нашей работе [8].
В табл. 1 приведены результаты измерения коэффициента положительно-ионной
эмиссии для случая бомбардировки поверхности льда Н2О+СО2 ионами Na+, Ar+, К+, Rb+ и
Сs+ с энергией 1.5 КэВ.
Независимо от различия физических и химических свойств атомов щелочных металлов Na, K, Rb и Cs и инертного газа Ar, коэффициент вторичной ионно-ионной эмиссии с
энергией 1.5 КэВ зависит только от массы этих атомов.
24
Астрофизика
Ш.Ш.Шоёкубов, Н.М.Хашимов
Таблица 1
Коэффициенты положительно-ионной эмиссии с поверхности льда
Н2О + CO2 с энергией 1.5 КэВ
Бомбардирующие ионы
Na+
K+
Ar+
Rb+
Cs+
Коэффициент эмиссии к
0.12
0.18
0.18
0.25
0.3
а.е.м.
23
39
40
85
133
В табл. 2 показана доля отдельных положительных ионов С, С2, С3 и С4, полученных в
результате бомбардировки ионами Na+, Ar+, К+, Rb+ и Сs+ c энергией 1.5 КэВ во вторичном
ионном токе.
Доли вторичных одноименных ионов углерода в общем спектре, независимо от массы
бомбардирующих ионов, почти одинаковы и пропорционально близки. Наблюдается явная
тенденция уменьшения количества ионов углерода с ростом молекулярной массы.
Таблица 2
Доля вторичных положительных ионов углерода в масс-спектрах,
распыленных с поверхности Н2О+СО2 ионами Na+, Ar+, К+, Rb+ и Сs+ с энергией 1.5 КэВ
Вторичные
ионы, %
С
С2
С3
С4
Na+
22.1
3.45
2.15
0.87
+
22.3
3.57
2.09
0.95
+
Первичные
ионы
Ar
К
21.9
3.80
2.05
0.92
+
22.2
3.42
2.10
0.80
+
20.6
3.40
2.20
0.98
Rb
Cs
Если учесть, что при таких энергиях коэффициент распыления пропорционален корню квадратному из массы бомбардирующего иона [9,10]
k
M,
то среднее значение коэффициента пропорциональности для положительных ионов Na+, Ar+,
К+, Rb+ и Сs+ с энергией 1.5 КэВ составляет k = 0.0268. Соответственно коэффициент положительно-ионной эмиссии для атомарных положительных ионов водорода будет составлять
около
0.027.
Как известно, первичный поток положительных ионов водорода (протонов солнечного
ветра),
бомбардирующий
поверхность
ледяного
ядра
кометы,
составит
N = nV = 2×107 протон/м3 × 5 × 105 м/с =1×1013 протон/м2 с. Водородный положительный ион
всегда носит излишек положительного заряда по величине, равной заряду электрона, и противоположному ему знаку. Если 1А = - 6.24145×1018 электрон/с [11], то плотность тока бом-
25
Доклады Академии наук Республики Таджикистан
2008, том 51, №1
бардирующих частиц Is = N/|- 6.2×1018| электрон/с = 1.6×10-6 А/м2. Соответственно, ток вторичной эмиссии для солнечного одноатомного водородного протона с коэффициентом
k = 0.027 составит: Iвт = k Is = 0.027 × 1.6×10-6 А/м2 = 0.04×10-6 А/м2.
Учитывая соотношение доли ионов углерода в масс-спектре, подсчитаем плотность
соответствующих вторичных ионных токов углерода в случае бомбардировки солнечными
протонами в А/м2:
IвтC = 8.4 × 10-9,
IвтC2 = 1.4 × 10-9,
IвтC3 = 0.8 × 10-9,
IвтC4 = 0.36 × 10-9.
Вторичные потоки для соответствующих ионов будут:
NC = IвтC × 6.2×1018ион/с = 52×109 ион/м2с,
NC2 = IвтC2 × 6.2×1018ион/с = 8.68×109 ион/м2с,
NC3 = IвтC3 × 6.2×1018ион/с = 5×109 ион/м2с,
NC4 = IвтC4 × 6.2×1018ион/с = 2.2×109 ион/м2с.
Находим массу отдельных ионов, которые образуются в результате бомбардировки
1 м2 поверхности ледяного ядра кометы за 1 с.
mС =12 г/моль×8.6×10-14моль м-2с-1 = 103×10-14 г/м2с,
mc2 =24 г/моль×1.4×10-14моль м-2с-1 = 33.6×10-14 г/м2с,
mc3 =36 г/моль×0.8×10-14моль м-2с-1 = 28.8×10-14 г/м2с,
mc4 =48 г/моль×0.4×10-14моль м-2с-1 = 19.2×10-14г/м2с.
Суммарная скорость образуемых положительных ионов углерода и их масса, которые
образуются в результате воздействия корпускулярных частиц солнечного ветра на поверхности ядра кометы, составят:
Nобщ = 6.7×1010 ион/м2с,
mобщ = 0.2×10-11 г/м2с.
Такая скорость ионного распыления поверхности ядра кометы под действием корпускулярного излучения Солнца как источник ионов в приповерхностных слоях ядра обеспечит
вековое падение блеска короткопериодических комет. Ионное распыление является эффективным на больших гелиоцентрических расстояниях комет. На малых гелиоцентрических
расстояниях образование ионов в околоядерной области может быть обусловлено ионным
распылением ледяных зерен и пылевых частиц в атмосфере кометы.
Институт астрофизики
Поступило 12.11.2007 г.
АН Республики Таджикистан
26
Астрофизика
Ш.Ш.Шоёкубов, Н.М.Хашимов
Л И Т Е РАТ У РА
1. Krankovsky D. et al. – 20 ESLAB Symposium on the Exploration of Halley’s Comet, Heidelberg,
th
Germany, 1986, v.1, с. 383-386.
2. Krasnopolsky V.A., Gogoshev M., Moreels G. et al. – Nature, 1986, v. 321, № 6067, p. 269-270.
3. Krankovsky D., Lammerzahl P., Herrwerth I. et al. – Nature, 1986, v. 321, № 6067, р. 326-329.
4. Moreels G., Gogoshev V., Krasnopolsky V.A. et al. – Nature, 1986, v. 321, № 6067, р. 271-273.
5. Хашимов Н.М, Ибадинов Х.И., Шоѐкубов Ш.Ш. – ДАН РТ, 1994, т. 37, № 1, с. 16-19.
6. Хашимов Н.М., Шоѐкубов Ш.Ш. – ДАН ТаджССР, 1989, т. 32, №1, с. 22-25.
7. Арифов У.А. Взаимодействие атомных частиц с поверхностью твердого тела. М.: Наука, 1968, 370
c.
8. Hashimov N.M., Shoyokubov Sh.Sh. – 20th ESLAB Symposium Exploration of Halley's Сomet, Netherlands, 1986, ESA SP-250, v. III, р. 189-190.
9. Каминский М. Атомные и ионные столкновения на поверхности металла. М.: Мир, 1967, 506 с.
10. Шульман Л.М. Динамика кометных атмосфер. Нейтральный газ. Киев: Наукова думка, 1972, 242
с.
11. Аллен К.А. Астрофизические величины. М.: Мир, 1977, 441 с.
Ш.Ш.Шоёкубов, Н.М.Њошимов
СУРЪАТИ БАВУЉУДОИИ ИОНЊОИ КАРБОН ДАР КОМЕТАЊО
Дар маќола бо истифодабарии коэффисентњои эммисияи ионњои мусбии
металњои ишќории Na+, K+, Rb+, Cs+ ва гази инертии Ar+ суръати бавуљудоии ионњои
карбонро, ки дар натиљаи бомбабороншавии сатњи яхии ядрои кометањо бо сели
заррачањои зарядноки (протонњои гидроген) шамоли офтобї ба вуљуд меоянд, њисоб
карда шудааст.
Sh.Sh.Shoyokubov, N.M.Hashimov
CARBON IONS FORMATION RATE IN COMETS
Carbon ions formation rate during bombarding of cometary ice surface by charged solar particles (hydrogen protons) is calculated in this work. Experimentally obtained Na+, K+, Rb+, Cs+ and
Ar+ positive ions emission coefficients are used to accomplish this task.
27