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]\displaystyle{ \alpha, }[/math] со следующего — буквой [math]\displaystyle{ \beta }[/math] и т. д. Для обозначения самой серии Лаймана используется либо латинская буква [math]\displaystyle{ L }[/math], либо сокращение [math]\displaystyle{ Ly }[/math]. Таким образом, полное обозначение спектральной линии, возникающей при переходе электрона со второго уровня на первый — [math]\displaystyle{ L_\alpha }[/math] или [math]\displaystyle{ Ly }[/math]_α (произносится: Лайман альфа), с третьего [math]\displaystyle{ L_\beta }[/math] или [math]\displaystyle{ 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]\displaystyle{ {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]\displaystyle{ n }[/math] — главное квантовое число — натуральное число большее либо равное 2;

[math]\displaystyle{ 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]\displaystyle{ \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 Лаймана. Самые древние звёзды состоят преимущественно из водорода, поэтому в их спектре нет спектральных линий короче этого предела. Измерения предела Лаймана, вызванного позволяет определить удаление объекта от Земли. Присутствие предела в спектре является признаком, что излучение испущено древней звездой.

Линии серии Лаймана представляют особый интерес для астрономов, изучающих звезды и галактики по красному смещению. Из-за красного смещения свет далёких галактик и квазаров серия 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

↑ 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.

См. также

Ссылки

Спектр водорода (анимация)

[1] Из-за поглощения ультрафиолетового излучения в атмосфере Земли линия Лайман-альфа может наблюдаться только если объекты имеют большое красное смещения.

[2] 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.

[1]

[2]