Спектральные свойства излучения.

Всякое нагретое тело излучает. При температуре ниже 1000˚К это радиоизлучение и инфракрасное излучение. Чем выше температура, тем короче длина волны излучения. Наиболее простой вид имеет излучение так называемого черного тела. Оно должно быть предельно изолировано от окружающей среды и после достижения им теплового равновесия, оно начинает излучать строго в соответствии с его температурой по формуле Планка.

Где h=6,63*10^-27 Эрг*с; 6,63*10^-27 дж*с; -Постоянная Планка; к=1,38*10^-16 эрг/град =1,38*10^-23 Дж./K – постоянная Больцмана; с=3,00*10¹⁰ См/сек =3,00*10⁸ M/c –Скорость света в вакууме. Это значения мировых констант в системах СГС и СИ.

 

 

Максимум излучения планковских кривых имеет местоλ_max=0,0029/T – это закон смещения Вина. Мощность излучения черного тела сильно зависит от температуры по закону Стефана-Больцмана. где σ=5.67*10^-8 Вт/(м²К⁴) – постоянная Стефана-Больцмана

 

 

Рис. 27Кривые излучения Планка. По оси Х дл.волны от1000 до 11000А (0,1 до 1,0 мкм) по оси У энергия излучения в относительных единицах. Над графиками температура.

 

Спектральные линии

Расположение спектральных линий химических элементов таблицы Менделеева определяется зарядом ядра и числом внешних валентных электронов. Каждый переход электрона в новое состояние вызывает излучение или поглощение кванта с энергией равной разности энергий этих состояний. В спектрах большинства астрономических объектов наблюдаются линии водорода, как самого распространенного элемента. Несмотря на простое устройство атома водорода, он дает несколько серий линий излучения и поглощения.

Счет состояний начинается из основного состояния атома, соответствующего минимальной энергии. У водорода главная серия Лаймана в ультрафиолетовой области начинается с λ=912А, затем L_α=1216A, L_β=1026А и т.д. Линии серии Бальмера расположены в видимой области спектра и соответствуют переходу со второго уровня на вышележащие: Н_α=6353А, Н_р=4861А, Н_γ=4340А и т.д.Далее следуют серии Пашена и Брэккета. Еще одна знаменитая линия в радиодиапазоне λ=21 см связана с изменением спина электрона. В этом возбужденном состоянии атом может находиться не доли микросекунд, а 11 млн. лет. Это метастабильное состояние и линия называется запрещенной. Многие из запрещенных линий не удавалось воспроизвести в земных условиях, когда требовались температуры в миллионы градусов, большие давления и огромные скорости движения частиц.

Рис.28 Спектр Солнца и спектры сравнения для водорода, гелия и натрия.

На рис 6 представлен спектр солнца и спектры сравнения водорода, гелия, натрия и ионизованного водорода снятые на одном спектрографе. По ним легко находить линии этих химических элементов в спектре солнца.

В спектрах горячих звезд наблюдаются линии гелия: D₃ =5876А, D₂ =5890А, D₁=5896А. Очень интенсивными бывают линии ионизованного кальция: Н=3968А и К=3934А. Спектральным линиям свойственно расщепление в магнитном поле, сдвиг из-за эффекта Доплера и расширение профиля линии, что позволяет изучать химический состав, плотность, радиальную скорость, температуру, давление и магнитные поля на звездах и галактиках удаленных на миллионы световых лет.