Det ljus som atomer avger består av specifika våglängder, kallade linjer; observerade av ett spektroskop är linjerna, kollektivt, atomspektra.
I mer detalj …
I en atom har elektroner specifika och diskreta energier. När en elektron övergår ('hoppar') från en energinivå till en annan, avger den (om den går från en högre nivå till en lägre) eller absorberar (vice versa) ljus - en foton - med en diskret, specifik våglängd. Under en given uppsättning förhållanden (tryck, temperatur, magnetfältstyrka osv.) Är samlingen av alla dessa specifika våglängder atomens spektrum ... så atomspektra är atomens spektrum!
Eftersom de atomära elektronenerginivåerna är unika för varje element, kan linjerna i ett spektrum (emission eller absorption) användas för att identifiera elementen som finns i källan (en stjärna, säga) eller gas mellan källan och oss (t.ex. den interstella medium). Naturligtvis för ett extragalaktiskt objekt - en kvasar, kanske - behöver du mer än en rad för att göra en viss identifiering ... eftersom universum expanderar (och så vet du inte hur mycket bara en rad kan ha förskjutits).
De lättelektroniska övergångarna i atomer producerar kanske inte i den visuella delen av det elektromagnetiska spektrumet, men för atomer som är neutrala eller bara har förlorat en eller två elektroner (ja, "atomspektra" hänvisar också till jons linjespektrum!) , är de flesta linjer i UV, visuell eller nära infraröd. För mycket joniserade atomer finns linjerna i det extrema UV- eller röntgenområdet.
Eftersom den relativa intensiteten för linjerna i ett atomspektrum varierar med temperaturen, kan analys av linjerna i spektrumet för en stjärna (säga) ge en uppskattning av temperaturen på stjärnans yta (fotosfär). Linjernas bredd beror på gasens tryck; linjernas struktur beror på magnetfältstyrkan; ... (du får idén) - atomspektra är ett underbart fönster till de fysiska förhållandena på platser långt, långt borta!
Letar du efter mer? Denna universitet i Oregon-webbsidan har en bra, kort beskrivning av atomspektra; och Physics Labs Atomic Models and Spectra täcker både det historiska sammanhanget och lite mer av teorin.
Eftersom atomspektra spelar en så viktig roll i optisk astronomi, är det inte konstigt att det finns så många Space Magazine-artiklar som involverar atomspektra! Här är ett slumpmässigt urval: Ny studie Hitta grundläggande kraft har inte förändrats över tid, Spitzer upptäcker tidig galaxbildande region och konstig nebula runt Eta Carinae.
Astronomy Cast-avsnittet Energy Levels and Spectra handlar om atomspektra. Andra avsnitt med astronomi som är värda att lyssna, med avseende på atomspektra, inkluderar optisk astronomi och In Search of Other Worlds.
källor:
GSU Hyperphysics
NIST
