หน้าหลัก › บทความดาราศาสตร์ › ฟิสิกส์ดาราศาสตร์
ฟิสิกส์ดาราศาสตร์

เส้นสเปกตรัม: ลายนิ้วมือของธาตุในอวกาศ

Spectral lines and the hydrogen atom

อัปเดตล่าสุด

อะตอมแต่ละธาตุดูดกลืนและปล่อยแสงเฉพาะบางความยาวคลื่นเท่านั้น เส้นสว่างและเส้นมืดในสเปกตรัมจึงบอกได้ว่าดาวที่อยู่ไกลหลายร้อยปีแสงประกอบด้วยอะไร ร้อนแค่ไหน และเคลื่อนที่เร็วเท่าไร

ในปี ค.ศ. 1835 นักปรัชญาชาวฝรั่งเศส โอกุสต์ กงต์ เขียนว่ามนุษย์จะไม่มีวันรู้ว่าดาวทำมาจากอะไร ไม่ถึงสามสิบปีต่อมา นักวิทยาศาสตร์ก็ทำได้สำเร็จด้วยการศึกษาเส้นสเปกตรัม

กฎสามข้อของเคียร์ชฮอฟฟ์

ดาวฤกษ์เป็นแบบที่สาม ผิวที่ร้อนและหนาแน่นให้แสงต่อเนื่อง บรรยากาศชั้นนอกที่เย็นกว่าดูดกลืนบางความยาวคลื่นไป ส่วนเนบิวลาที่ถูกดาวร้อนกระตุ้นให้เรืองแสงเป็นแบบที่สอง

ทำไมเป็นเส้น ไม่ใช่แถบ

อิเล็กตรอนในอะตอมอยู่ได้เฉพาะบางระดับพลังงาน เมื่อกระโดดจากระดับสูงลงระดับต่ำ มันปล่อยโฟตอนที่มีพลังงานเท่ากับผลต่างของระดับพอดี และเมื่อดูดกลืนโฟตอนที่มีพลังงานตรงกันก็กระโดดขึ้นได้ ความยาวคลื่นของโฟตอนเชื่อมกับพลังงานด้วย ยิ่งพลังงานสูง ความยาวคลื่นยิ่งสั้น ระดับพลังงานของแต่ละธาตุต่างกัน แต่ละธาตุจึงมีชุดความยาวคลื่นเฉพาะตัว

E = hf = \frac{hc}{\lambda}

สำหรับอะตอมไฮโดรเจน ระดับพลังงานมีค่า E_n = -13.6\ \mathrm{eV}/n^2 เมื่อ n = 1, 2, 3, \dots ความยาวคลื่นของเส้นสเปกตรัมจึงหาได้จากสูตรของริดเบิร์ก

\frac{1}{\lambda} = R_H\left(\frac{1}{n_1^2}-\frac{1}{n_2^2}\right),\qquad R_H \approx 1.097\times 10^{7}\ \mathrm{m^{-1}}

สำหรับอะตอมไฮโดรเจน ระดับพลังงานเรียงกันเป็นขั้นที่ชิดกันมากขึ้นเรื่อย ๆ เมื่อขึ้นไปสูง ความยาวคลื่นของเส้นสเปกตรัมทั้งหมดของไฮโดรเจนจึงคำนวณได้แม่นยำ และแบ่งเป็นชุด ๆ ตามระดับที่อิเล็กตรอนตกลงมา

อนุกรมของไฮโดรเจน

อ่านอะไรได้จากเส้นสเปกตรัม

เปิดในเว็บไซต์ NewTutorAstronomy ›

คำศัพท์ในบทความนี้

บทความที่เกี่ยวข้อง