核心概念
本文利用新的從頭算四極矩曲線,計算了氧氣分子在基態下所有精細結構解析的振轉電四極吸收線的強度,並建議將這些結果用於更新 HITRAN 資料庫。
摘要
書目資訊
Gancewski, M., Jóźwiak, H., Cybulski, H., & Wcisło, P. (2024). Intensities of all fine-structure resolved rovibrational electric quadrupole absorption lines in 16O2(X3Σ−g) calculated with a new ab initio quadrupole moment curve. arXiv preprint arXiv:2410.23848v1.
研究目標
本研究旨在利用新的從頭算四極矩曲線,計算氧氣分子在基態下($^{16}$O$2$($X^{3}\Sigma^{-}{g}$))所有精細結構解析的振轉電四極吸收線的強度。
研究方法
- 研究人員使用 MOLPRO 软件包,採用 MRCI 方法和 d-aug-cc-pV6Z 基組,計算了氧氣分子的電四極矩曲線。
- 他們使用 DVR 方法和 Bytautas、Matsunaga 和 Ruedenberg 報導的從頭算位能能曲線,計算了振轉波函數。
- 研究人員使用這些數據計算了所有 v ≤ 35 和 J ≤ 40 的精細結構解析的振轉電四極吸收線的強度。
主要發現
- 研究人員計算的氧氣分子基態電四極躍遷矩與 Reid 等人 (1981) 实验测得的值在实验误差范围内一致。
- 對於 1-0 基频带,他們計算的線強度與 HITRAN 資料庫中現有的值相符,差異在 5% 到 12% 之間,具體取決於精細結構解析的振轉線。
- 研究人員還計算了振動泛音和熱頻帶的強度,這些強度目前在 HITRAN 資料庫中尚不可用。
主要結論
- 本研究提供了一套基於從頭算方法的氧氣分子精細結構解析的振轉電四極吸收線強度的完整數據集。
- 研究人員建議將這些結果用於更新 HITRAN 資料庫,以便更準確地模擬地球大氣和其他行星大氣中的氧氣吸收。
研究意義
- 本研究對於理解氧氣分子在大氣中的作用具有重要意義,因為電四極躍遷是氧氣分子在大氣中吸收輻射的主要機制之一。
- 更新後的 HITRAN 資料庫將為大氣遙測和建模提供更準確的數據。
研究限制和未來方向
- 本研究的一個限制是電四極矩曲線的精度估計為 10%。
- 未來研究可以集中於提高電四極矩曲線的精度,並將計算擴展到更高的振動和旋轉量子數。
統計資料
研究人員計算的氧氣分子基態電四極躍遷矩為 -0.282 ea2
0,與 Reid 等人 (1981) 实验测得的 0.108 ± 0.019 ea2
0 在实验误差范围内一致。
對於 1-0 基频带,他們計算的線強度與 HITRAN 資料庫中現有的值相符,差異在 5% 到 12% 之間。
本研究考慮了所有精細結構解析的振轉電四極吸收線,其中振動量子數 v ≤ 35,總角動量量子數 J ≤ 40。
這相當於 666 個振動頻帶,包括泛音和熱頻帶,共計 280,188 條單獨的光譜線。
引述
"The calculated values agree with those available in the HITRAN database, which at present includes only the 1-0 fundamental vibrational band of 16O2(X3Σ−g)."
"We therefore recommend using the intensities of the vibrational overtones and hot bands reported here in updating the HITRAN database for O2 in the upcoming 2024 edition."