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どうしてスペクトルに暗線が出きるのでしょうか?

rma********さん

2012/11/1920:02:47

どうしてスペクトルに暗線が出きるのでしょうか?

よくある説明としては
原子が特定の波長吸収して電子が励起するから
とありますが
励起した電子は同じ波長の光を放出して基底に戻るから結局暗線はできないと思いました

これを説明するために
自分なりに仮説を立ててみましたが
書いてるうちにどんどん反論、反論の反論・・・・が思いついてしまい、きりがないのである程度のところで切って質問します
以下の議論を正した上で、解説よろしくお願いします

仮説:
そもそも衝突現象なので、吸収された光が一部放射されずに原子の運動エネルギーになり
やがて熱放射として違う波長に変換されて出ていって、温度が一定に保たれる
反論:
そうだとすると吸収された光のエネルギーは
電子励起分のエネルギー+運動エネルギー
となってしまい、運動エネルギーの部分は融通が効くので
特定の波長以上なら吸収するということになってしまう

補足お二方ともありがとうございます
暗線ができるメカニズムは複数あり
お二方がおっしゃったのが主なものということでよろしいでしょうか?

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pik********さん

2012/11/1923:35:42

励起した電子は元の状態に戻る前に再び励起して自由電子になる。たとえば水素のバルマー系列なら 吸収>放出 で可視域では暗線となる。結果裸の原子核ができプラズマとなる。
自由電子が捕獲されて輝線を発するときはエネルギーが異なるので別の波長で可視域では生じない.水素ならライマン系列は輝線となる。

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mik********さん

編集あり2012/11/2112:30:40

星を連続スペクトルを出す本体と、その周りを取り囲むガスに分けて考えます。(星はどちらもガスですが、このように考えて問題ありません。) その時ガスは、本体から出る連続スペクトルから特定の波長の光を吸収し励起します。そしてまた同じ波長の光を出して低いエネルギー状態に戻ります。この吸収する光の量と、再度出す光の量は同じです。
それなのに、どうして暗線スペクトルが見えるのかという問題ですね。

それは、吸収した光を再度出すとき、四方に向かって出すためです。そのため、星の本体の方に戻っていく光もあります。その結果、星のガス全体で考えてみても、星の外側に出る光は、一旦吸収され再度吐き出された光の量は少なくなってしまうのです。だから暗線スペクトルが見えるのです。

補足について
原子が吸収する光の波長と原子が出す光の波長は基本的には変わりません。結局バックの光が強ければ暗線になるし、バックの光が弱いときに輝線になります。だから通常の恒星では暗線が、散光星雲のように横からの光を散らしている星雲では輝線が見えます。また、超高速の自転運動やはげしい収縮膨張の運動をしているときは、手前のガスと横のガスの線スペクトルがドップラー効果の影響で波長が変わってきますので、輝線と暗線の両方のスペクトルが見えることがあります。

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