Русская Википедия:Серия Лаймана
Се́рия Ла́ймана — серия спектральных линий в спектре атома водорода. Эта серия образуется при переходах электронов с возбуждённых энергетических уровней на первый невозбуждённый уровень основного состояния атома водорода в спектре излучения (эмисиионном спектре) и с первого уровня на все остальные в спектре поглощении.
Переход с ближайшего верхнего уровня на некоторый уровень во всех спектральных сериях водорода обозначается греческой буквой <math>\alpha,</math> со следующего — буквой <math>\beta</math> и т. д. Для обозначения самой серии Лаймана используется либо латинская буква <math>L</math>, либо сокращение <math>Ly</math>. Таким образом, полное обозначение спектральной линии, возникающей при переходе электрона со второго уровня на первый — <math>L_\alpha</math> или <math>Ly</math>α (произносится: Лайман альфа), с третьего <math>L_\beta</math> или <math>Ly</math>β и т. д.
Серия названа в честь американского физика Теодора Лаймана, открывшего эту серию в 1906 году.
Серия Лаймана
Формула Ридберга для серии Лаймана выглядит следующим образом:
- <math> {1 \over \lambda} = R_\text{H} \left( \frac{1}{1^2} - \frac{1}{n^2} \right) \qquad \left( R_\text{H} \approx 1{,}0968{\times}10^7\,\text{m}^{-1} \approx \frac{13{,}6\,\text{eV}}{hc} \right),</math>
- где <math>n</math> — главное квантовое число — натуральное число большее либо равное 2;
- <math>R_H</math> — постоянная Ридберга для атома водорода.
Самая коротковолновая граница серии Лаймана 91,175 нм, что соответствует энергии 13,6 эВ — минимальной энергии ионизации невозбуждённого атома водорода. С этой стороны в наблюдаемом спектре водорода к серии Лаймана примыкает сплошной спектр, соответствующей энергиям превышающим энергию связи электрона и протона в атоме водорода.
Все линии серии Лаймана находятся в ультрафиолетовом диапазоне:
| n | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | <math>\infty</math> |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Длина волны, нм | 121,6 | 102,5 | 97,2 | 94,9 | 93,7 | 93,0 | 92,6 | 92,3 | 92,1 | 91,9 | 91,15 |
Применение
Длина волны 91,15 нм называется пределом серии Лаймана. Самые древние звёзды состоят преимущественно из водорода, поэтому в их спектре нет спектральных линий короче этого предела. Вследствие этого резкое падение интенсивности их спектра в коротковолновой части может быть однозначно интерпретировано как наблюдение предела Лаймана. При этом из-за расширения Вселенной предел Лаймана испытывает красное смещение, которое может быть вычислено по наблюдаемой длине волны предела и известному значению для покоящегося относительно наблюдателя газа. Кроме того, существует связь между красным смещением и расстоянием до звезды. Таким образом, наблюдение предела Лаймана позволяет определять расстояние до далёких и древних звёзд.
Линии серии Лаймана представляют особый интерес для астрономов, изучающих звезды и галактики по красному смещению. Из-за красного смещения свет далёких галактик и квазаров находится частично в видимом или инфракрасном спектральном диапазоне, что позволяет исследовать крупномасштабное распределение водорода во Вселенной по анализу поглощения линии Лайман-альфа в межгалактическом нейтральном водороде даже наземными обсерваториями (см. Лес Лайман-альфа)[1].
Ещё одна область применения — метеорология. Гигрометры, принцип действия которых основано на измерении интенсивности линии Лайман-α используются для измерения влажности верхних слоёв атмосферы, оборудование устанавливается на исследовательских самолётах[2].
Примечания
См. также
- Модель Бора
- Спектральные серии водорода
- Формула Бальмера — Ридберга
- Серия Бальмера
- Серия Пашена
- Серия Брэккета
- Серия Пфунда
- Лес Лайман-альфа
- Атом водорода
Ссылки
Шаблон:Спектральные серии водорода
- ↑ Из-за поглощения ультрафиолетового излучения в атмосфере Земли линия Лайман-альфа может наблюдаться только если объекты имеют большое красное смещения.
- ↑ Хайкин С. М., Юшков В. А., Коршунов Л. И., Лукьянов А. Н., Померо Ж.-П., Нильсен Й., Фомель Х. Влажность тропической нижней стратосферы: наблюдения и анализ. 2010 г.
