Механизмы поглощения и испускания в непрерывном спектре - Звезды в фокусе телескопа
Звезд внеатмосферный спектр поглощение
Фотоны рождаются и гибнут при взаимодействии с заряженными частицами, прежде всего с электронами. Фотон испускается, напр., если электрон сталкивается с ионом и тормозится (см. Тормозное излучение). Свободные электроны при торможении могут испускать фотоны любых частот, спектр их излучения непрерывен. Уносимая фотоном энергия черпается из кинетич. энергии свободного электрона, которой он обладал до взаимодействия с ионом. В отличие от свободного электрона, энергия связанного электрона (принадлежащего атому) может принимать только вполне определенные дискретные значения (см. Уровни энергии). Переход электрона в атоме с одного уровня на другой сопряжен с испусканием или поглощением кванта эл.-магн. энергии (фотона) строго определенной частоты n.
Рис. 3. Схема уровней энергии атома водорода
Выше верхнего предела электрон свободен.
Первый (основной) уровень соответствует невозмущенному состоянию атома с минимальной энергией. Стрелками указаны переходы различных типов.
Рассмотрим процессы поглощения и испускания фотонов на простейшем примере атома водорода. Схема его уровней дана на рис. 3. Уровни сгущаются около верхнего предела, к-рый соответствует свободному электрону с нулевой энергией. Нижний уровень - основной, электрон на этом уровне сильнее всего связан с ядром. Если электрон в атоме находится на более высоком энергетич. уровне, атом наз. возбужденным. Расстояние от осн. уровня до верхнего предела соответствует энергии ионизации атома с осн. уровня.
При поглощении атомом фотона, энергия к-рого hnП равна энергии ионизации, атом разделится на ион и свободный электрон с нулевой кинетич. энергией. Фотоны с энергией, превышающей энергию ионизации, тоже поглощаются атомом, при этом избыток энергии сообщается освобождающемуся электрону. Т. о., атом за счет процесса ионизации может поглощать излучение в непрерывной полосе частот, начинающейся от частоты предела n" и простирающейся в сторону более высоких частот. У водорода ионизация с осн. уровня происходит при поглощении эл.-магн. волн, длина к-рых меньше. Это далекая УФ-область спектра. Если энергия фотона значительно больше предельной, то он поглощается хуже, коэфф. поглощения падает.
Расстояние от 2-го уровня энергии до предела гораздо меньше, чем от 1-го, т. е. атом ионизуется со 2-го уровня фотонами меньшей частоты. У водорода вторая полоса начинается от 3646, т. е. в близкой УФ-области. Через видимую область спектра тянется полоса, соответствующая ионизации с 3-го уровня (). Ионизация с очень высоких уровней производится уже фотонами радиодиапазона. Зависимость от l коэфф. поглощения фотонов с энергией, соответствующей переходам электрона в свободное состояние с нижних энергетич. уровней атома водорода, схематически изображена на рис. 4.
Рис. 4. Зависимость от длины волны l
Испускание - процесс, обратный поглощению, происходит при рекомбинации - захвате ионом свободного электрона. Захват может произойти на любой уровень, поэтому при рекомбинациях большого числа ионов испускаются фотоны в полосах частот, примыкающих ко всем пределам. У тонкого слоя сильно ионизованного водорода спектр излучения похож на спектр, изображенный на рис. 4: он состоит из полос, круто обрывающихся со стороны больших длин волн. С увеличением оптической толщи светящегося слоя его излучение будет усиливаться, но только до тех пор, пока вся система остается прозрачной. Когда для к.-н. частоты поглощение становится существенным, рост яркости на этой частоте прекращается, т. к. свет от глубинных слоев поглощается впереди лежащими слоями. Согласно закону Кирхгофа, поглощение сильнее в том диапазоне частот, в к-ром сильнее излучение. Поэтому сглаживание спектра начнется с максимумов интенсивности (рис. 5) и при достаточной толщине слоя получается совсем гладкий спектр излучения абсолютно черного тела с темп-рой излучающего (фотосферного) газа.
Рис. 5. Изменение вида непрерывного спектра водорода по мере увеличения толщины излучающего слоя (цифры 1,2,3 соответствуют слоям возрастающей толщины).
С увеличением толщины и непрозрачности слоя спектр постепенно сглаживается и приближается к спектру абсолютно черного тела, показанному жирной линией (F - спектральная мощность излучения).
Итак, первый тип поглощения и испускания соответствует переходам электрона из связанного состояния в свободное, и наоборот (связанно-свободные переходы).
Возможен и второй тип поглощения, при к-ром электрон, оставаясь связанным, переходит с одного энергетич. уровня на другой (связанно-связанные переходы). При этом испускаются или поглощаются фотоны определенных частот (спектр. линий). Поглощение и излучение в линиях обычно сильнее, чем в полосах, т. к. излучение сосредоточено в узком интервале частот. Поэтому, пока газ прозрачен, видны в основном только яркие линии. По мере увеличения толщины слоя линии постепенно будут исчезать на фоне усиливающегося непрерывного спектра.
Третий вид поглощения в непрерывном спектре происходит при переходах электрона из свободного состояния в свободное же, но с др. энергией (свободно-свободные переходы). Это процесс, обратный уже упоминавшемуся процессу, когда электрон испускает фотон, двигаясь вблизи иона. Если иона поблизости нет, то поглотиться квант не может, но он может рассеяться на электроне - изменить направление движения. Его частота при этом остается почти постоянной, небольшое изменение происходит только из-за Доплера эффекта, если электрон движется относительно наблюдателя. В атмосферах горячих звезд нек-рую роль играет также рэлеевское рассеяние - рассеяние света на микрофлуктуациях плотности, вызванных тепловым движением частиц.
Похожие статьи
-
Поглощение в звездах различных спектральных классов (разных температур) - Звезды в фокусе телескопа
Поглощение фотонов, подобное описанному выше, свойственно не только атомам водорода, но и атомам др. элементов. Только расположение энергетич. уровней у...
-
Линии поглощения в спектрах звезд - Звезды в фокусе телескопа
Рис. 8. Участок спектра звезды с линией поглощения для центра ее диска (а) и для края диска (б) До сих пор говорилось о непрерывном спектре звезды....
-
Фотосферы звезд - Звезды в фокусе телескопа
В А. з. можно выделить три осн. слоя: самый внеш. слой - протяженную корону, затем хромосферу и фотосферу. Фотосферой наз. слой, дающий осн. часть...
-
ВВЕДЕНИЕ, ЦВЕТ И СПЕКТР ЗВЕЗД - Цвет и температура звезд
Звезды - небесные тела, в которых идут термоядерные реакции. Это наиболее распространенные объекты Вселенной. Более 98% массы видимого космического...
-
Наблюдаемые следствия теории - Звезды в фокусе телескопа
Многие следствия изложенных представлений о процессах в фотосферах можно проверить наблюдениями. 1) Должно наблюдаться, в частности, скачкообразное...
-
Введение - Звезды в фокусе телескопа
Все, что мы знаем о звездах, выводится гл. обр. из анализа их излучения - видимого, ультрафиолетового и инфракрасного. Это излучение выходит из...
-
Спектры и химический состав звезд - Природа звезд
Важнейшие сведения о природе звезд астрономы получают, расшифровывая их спектры. Спектры большинства звезд, как и спектр Солнца, представляют собой...
-
Заключение - Звезды в фокусе телескопа
Наиболее детально в А. з. изучена фотосфера. Более прозрачные слои - хромосферу и корону, расположенные выше фотосферы, наблюдать трудно, поэтому они...
-
Классификация Сверхновых, кривые блеска и спектры - Сверхновые звезды
Звездообразование астрономия телескоп Прежде чем делать какие-то выводы о физической природе явления, необходимо иметь полное представление о его...
-
Классификация звездных спектров - Образование и эволюция звезд
Класс Особенности спектров Темп-ра, К Типичные звезды O Линии HI, HeI, HeII многократно ионизованных Si, C, N, O (SiIV, CIV, CIII, NIII и др.) 40-28 тыс....
-
Спектры звезд и их химический состав - Основные звездные характеристики. Рождение звезд
Исключительно богатую информацию дает изучение спектров звезд. Уже давно спектры подавляющего большинства звезд разделены на классы. Последовательность...
-
Солнце как звезда - Физика солнечных явлений
Рис. 1. Фотография диска Солнца. Заметно потемнение диска к краю, видны пятна Солнце - газовый, точнее плазменный, шар (рис. 1). Радиус Солнца R _ =...
-
Эволюция звезд - Рождение и эволюция звезд
Современная астрономия располагает большим количеством аргументов в пользу утверждения, что звезды образуются путем конденсации облаков газопылевой...
-
Жизненный цикл звезд зависит от их массы: звезды с низкой массой в конечном итоге превращаются в белых карликов, в то время как жизнь звезд с большой...
-
Механизм образования и эволюции звезд - Рождение и эволюция звезд
Согласно современным представлениям, звезды возникают в результате гравитационного сжатия плотных газопылевых облаков с последующим разогревом и...
-
Вселенная возникла около 15 миллиардов лет назад в виде раскаленного сгустка сверхплотной материи, и с тех пор она расширяется и остывает. Астрономы...
-
Термоядерный синтез в недрах звезд - Эволюция звезд
К 1939 году было установлено, что источником звездной энергии является термоядерный синтез, происходящий в недрах звезд. Большинство звезд излучаются...
-
Теоретические модели - Сверхновые звезды
На основании всей совокупности наблюдательных данных исследователи пришли к выводу, что вспышка сверхновой должна быть последним этапом в эволюции...
-
СВЕРХНОВЫЕ. - Жизненный путь звезд
Около семи тысяч лет назад в отдаленном уголке космического пространства внезапно взорвалась звезда, сбросив с себя наружные слои вещества. Сравнительно...
-
Сверхновые. - Эволюция и типы звезд
Около семи тысяч лет назад в отдаленном уголке космического пространства внезапно взорвалась звезда, сбросив с себя наружные слои вещества. Сравнительно...
-
Эволюция на основе ядерных реакций - Эволюция и строение звезд
При температуре в ядрах ~ 106 К начинаются первые ядерные реакции - выгорают дейтерий, литий, бор. Первичное количество этих элементов настолько мало,...
-
Другие приборы., Типы спектров - Измерение количественных и качественных характеристик звезд
Также в астрономии используются приборы, позволяющие разложить свет на спектр (спектрограф), измерить яркость звезды (фотометры) и измерить тепло,...
-
Спектры звезд - Звезды. Их рождение, жизнь и смерть
Исключительно богатую информацию дает изучение спектров звезд. Сейчас принята так называемая гарвардская спектральная классификация. В ней десять...
-
Сценарий развития Вселенной после Большого Взрыва - Эволюция Вселенной
Рассмотрим один из многих возможных сценариев развития событий по модели БВ и горячей Вселенной. Сразу после БВ Вселенная представляла собой...
-
Изобилие легких элементов - Концепция большого взрыва. Механизм образования и эволюции звезд
Ранняя Вселенная была очень горячей. Даже если протоны и нейтроны при столкновении объединялись и формировали более тяжелые ядра, время их существования...
-
Основные характеристики и эволюция звезд
В результате огромной работы, проделанной астрономами ряда стран в течение последних десятилетий, мы многое узнали о различных характеристиках звезд,...
-
СВЕТИМОСТЬ, ТЕМПЕРАТУРА ЗВЕЗД - Цвет и температура звезд
Полную мощность излучения звезды во всем диапазоне электромагнитного спектра называют истинной или болометрической "светимостью". Например, светимость...
-
Источники энергии звезд - Энергия звезд
Наиболее очевидным свойством звезд является то, что они светятся, точнее, являются самосветящимися телами. За счет чего покрываются их энергетические...
-
Черные дыры - Особенности теории конца жизни звезд
Термин "черная дыра" был весьма удачно введен в науку Джоном Уиллером в 1968 для обозначения "застывшей", сколлапсировавшей звезды. Рассмотрим, что...
-
Рождение и эволюция отдельных типов звезд - Общие сведения о звездах и их типологии
Процесс звездообразования. Эволюция звезд -- это изменение со временем физических характеристик, внутреннего строения и химического состава звезд....
-
Звезды умирают - Звезды. Их рождение, жизнь и смерть
Звезда спектр светимость температура Превращение, "выгорание", водорода в гелий при термоядерной реакции происходит в центральных областях звезды, в...
-
Нейтронные звезды - Строение Солнца
Образование пульсара происходит, когда погибает массивная звезда, исчерпавшая свои запасы топлива. Происходит большой взрыв, известный как сверхновая...
-
Эволюция звезд - Происхождение Космоса и Солнечной системы
Возникшие в газопылевой среде Галактики сгущения, продолжающие сжиматься под действием собственного тяготения, получили название протозвезд. По мере...
-
Эволюция звезд и геометрическая турбулентность - Геометрическая турбулентность и эволюция звезд
Используем полученные результаты для доказательства того, что горение вещества в звездах обусловлено только изменением метрики пространства-времени....
-
Звезды, у которых масса в 1,5-3 раза больше, чем у Солнца не смогут в конце жизни остановить свое сжатие на стадии белого карлика. Мощные силы гравитации...
-
Газово-пылевые комплексы - колыбель звезд - Основные звездные характеристики. Рождение звезд
Откуда же берутся в нашей Галактике молодые и "сверхмолодые" звезды? С давних пор, по установившейся традиции, восходящей к гипотезе Канта и Лапласа о...
-
Нейронные звезды. - Эволюция и типы звезд
Звезды, у которых масса в 1,5-3 раза больше, чем у Солнца не смогут в конце жизни остановить свое сжатие на стадии белого карлика. Мощные силы гравитации...
-
Введение - Рождение и эволюция звезд
Звезда - небесное тело, по своей природе сходное с Солнцем, вследствие огромной отдаленности видимое с Земли как светящаяся точка на ночном небе. Звезды...
-
Образование звезд, стадия гравитационного сжатия - Эволюция и строение звезд
Согласно наиболее распространенной точке зрения, звезды образуются в результате гравитационной конденсации вещества межзвездной среды. Необходимое для...
-
Типы звезд, Белые карлики - Эволюция и типы звезд
Глобула звезда карлик черный дыра Белые карлики Во Вселенной много белых карликов. Одно время они считались редкостью, но внимательное изучение...
Механизмы поглощения и испускания в непрерывном спектре - Звезды в фокусе телескопа