Het licht dat atomen afgeven bestaat uit specifieke golflengten, lijnen genoemd; waargenomen door een spectroscoop, zijn de lijnen collectief atomaire spectra.
Meer gedetailleerd …
In een atoom hebben elektronen specifieke en afzonderlijke energieën. Wanneer een elektron van het ene energieniveau naar het andere overgaat ('springt'), zendt het uit (als het van een hoger niveau naar een lager niveau gaat) of absorbeert (omgekeerd) licht - een foton - met een discrete, specifieke golflengte. Onder alle omstandigheden (druk, temperatuur, magnetische veldsterkte, enz.) Is de verzameling van al die specifieke golflengten het spectrum van het atoom ... dus atomaire spectra zijn de spectra van atomen!
Omdat de atoomelektronenergieniveaus uniek zijn voor elk element, kunnen de lijnen in een spectrum (emissie of absorptie) worden gebruikt om de elementen in de bron (bijvoorbeeld een ster) of gas tussen de bron en ons (bijvoorbeeld de interstellaire) te identificeren medium). Natuurlijk heb je voor een extragalactisch object - een quasar misschien - meer dan één regel nodig om een bepaalde identificatie te maken ... omdat het universum zich uitbreidt (en dus weet je niet hoeveel slechts één regel mogelijk is verschoven).
Het licht dat elektronische overgangen in atomen produceren bevindt zich misschien niet in het visuele deel van het elektromagnetische spectrum, maar voor atomen die neutraal zijn of slechts één of twee elektronen hebben verloren (ja, 'atoomspectra' verwijst ook naar het lijnenspectrum van ionen!) , de meeste lijnen zijn in het UV, visueel of nabij infrarood. Voor sterk geïoniseerde atomen bevinden de lijnen zich in het extreme UV- of röntgengebied.
Aangezien de relatieve intensiteit van de lijnen in een atoomspectrum varieert met de temperatuur, kan analyse van de lijnen in het spectrum van een ster (bijvoorbeeld) een schatting geven van de temperatuur van het oppervlak van de ster (fotosfeer). De breedte van de leidingen is afhankelijk van de druk van het gas; de structuur van de lijnen hangt af van de magnetische veldsterkte; de… (je snapt het wel) - atomaire spectra zijn een prachtig venster op de fysieke omstandigheden van plaatsen ver, ver weg!
Op zoek naar meer? Deze webpagina van de University of Oregon heeft een goede, korte beschrijving van atomaire spectra; en Physics Lab's Atomic Models and Spectra bestrijkt zowel de historische context als een beetje meer van de theorie.
Aangezien atomaire spectra zo'n cruciale rol spelen in de optische astronomie, is het geen wonder dat er zoveel Space Magazine-artikelen zijn over atomaire spectra! Hier is een willekeurige selectie: New Study Find Fundamental Force is niet veranderd in de loop van de tijd, Spitzer ontdekt de vroege melkwegvormende regio en vreemde nevel rond Eta Carinae.
In de aflevering Astronomy Cast Energy Energy Levels and Spectra draait alles om atomaire spectra. Andere Astronomy Cast-afleveringen die de moeite van het luisteren waard zijn, met betrekking tot atomaire spectra, zijn onder meer optische astronomie en In Search of Other Worlds.
Bronnen:
GSU Hyperphysics
NIST
