Das Licht, das Atome abgeben, besteht aus bestimmten Wellenlängen, den sogenannten Linien; von einem Spektroskop beobachtet, sind die Linien zusammen Atomspektren.
Ausführlicher …
In einem Atom haben Elektronen spezifische und diskrete Energien. In jedem Atom gibt es viel mehr Energiezustände (oder -niveaus) als Elektronen. Wenn ein Elektron von einem Energieniveau auf ein anderes übergeht („springt“), emittiert es (wenn es von einem höheren auf ein niedrigeres geht) oder absorbiert (umgekehrt) Licht – ein Photon – mit einer diskreten, spezifischen Wellenlänge. Unter allen gegebenen Bedingungen (Druck, Temperatur, magnetische Feldstärke usw.) ist die Sammlung all dieser spezifischen Wellenlängen das Spektrum des Atoms … also sind Atomspektren die Spektren von Atomen!
Da die atomaren Elektronenenergieniveaus für jedes Element einzigartig sind, können die Linien in einem Spektrum (Emission oder Absorption) verwendet werden, um die Elemente zu identifizieren, die in der Quelle (z. B. einem Stern) oder dem Gas zwischen der Quelle und uns (z Mittel). Natürlich braucht man für ein extragalaktisches Objekt – vielleicht einen Quasar – mehr als eine Linie, um eine bestimmte Identifizierung vorzunehmen … weil sich das Universum ausdehnt (und Sie also nicht wissen, wie stark nur eine Linie rotverschoben sein könnte).
Die lichtelektronischen Übergänge in Atomen liegen möglicherweise nicht im sichtbaren Teil des elektromagnetischen Spektrums, aber für Atome, die neutral sind oder nur ein oder zwei Elektronen verloren haben (ja, 'Atomspektren' beziehen sich auch auf das Linienspektrum von Ionen!) , befinden sich die meisten Linien im UV-, visuellen oder nahen Infrarot. Bei hochionisierten Atomen liegen die Linien im extremen UV- oder Röntgenbereich.
Da die relative Intensität der Linien in einem Atomspektrum mit der Temperatur variiert, kann die Analyse der Linien im Spektrum eines Sterns (sagen wir) eine Schätzung der Temperatur der Sternoberfläche (Photosphäre) liefern. Die Breite der Linien hängt vom Druck des Gases ab; die Struktur der Leitungen hängt von der magnetischen Feldstärke ab; die … (Sie haben die Idee) – Atomspektren sind ein wunderbares Fenster in die physikalischen Bedingungen weit, weit entfernt!
Auf der Suche nach mehr? Diese Webseite der University of Oregon bietet eine gute, kurze Beschreibung der Atomspektren; und Physiklabors Atommodelle und Spektren deckt sowohl den historischen Kontext als auch ein bisschen mehr von der Theorie ab.
Da Atomspektren eine so wichtige Rolle in der optischen Astronomie spielen, ist es kein Wunder, dass es so viele Universe Today-Artikel zu Atomspektren gibt! Hier eine zufällige Auswahl: Neue Studie stellt fest, dass sich die grundlegende Kraft im Laufe der Zeit nicht geändert hat , Spitzer entdeckt frühe Galaxienbildungsregion , und Seltsamer Nebel um Eta Carinae .
Die Astronomy Cast-Folge Energieniveaus und Spektren dreht sich alles um Atomspektren. Andere Astronomy Cast-Episoden, die es wert sind, in Bezug auf Atomspektren gehört zu werden, umfassen Optische Astronomie und Auf der Suche nach anderen Welten .
Quellen:
GSU Hyperphysik
NIST
