Неравновесная кинетика аэрономических процессов: стохастический подход

Структура и свойства разреженных газовых оболочек небесных тел, лежащих в пограничных областях между атмосферой и космосом, формируются под действием процессов фотолиза, сопровождаемых ионизацией и многочисленными прямыми и обратными химическими реакциями. Исследование кинетики процессов, характеризуемых неравновесными функциями распределения и соотношениями вероятностей потоков энергии по различным каналам столкновительных процессов, наиболее адекватно описываются системой кинетических уравнений с источниковыми членами. Трудности их решения, обусловленные большим числом независимых переменных и сложной нелинейной структурой интегралов столкновений, удается преодолевать благодаря использованию метода статистического моделирования, суть которого состоит в построении физико-вероятностного аналога исходного кинетического явления в виде некоторого случайного процесса и его численной реализации на ЭВМ. В основе метода лежит взаимосвязь динамического и вероятностного описаний эволюции состояния разреженного газа вследствие фотолитического и ударного воздействия, многоканальных взаимодействий в среде и столкновительной релаксации. Разработаны эффективные алгоритмы Монте-Карло, и создан класс модифицированных численных моделей для релаксационных фотохимических систем (структурных стохастических моделей) со сложной структурой кинетических масштабов, определяющих обмен энергией между поступательными и внутренними степенями свободы частиц при их столкновительной релаксации, с целью более полного изучения локальной кинетики агрономических процессов. Они использованы, в частности, при решении конкретных задач, включающих процессы образования частиц с избытком тепловой энергии при фотолизе, кинетику нетепловых электронов, энергетические состояния малых примесей в фотохимических системах.