منظور از خطوط هیدروژن آلفا چیست؟

پاسخ اختصاصی به کانوت:

عضو هيئت علمي دانشگاه الزهرا

500px-Emission_spectrum-H.svg

بر طبق نظریه‌ی مکانیک کوانتومی ساختار اتم به گونه‌ایست که هسته که از پروتون‌ها با بار مثبت و نوترون‌ها تشکیل شده در مرکز قرار دارد و الکترون‌ها با بار منفی به دور هسته می‌چرخند این ساختار خیلی شبیه منظومه‌ی شمسی است که در آن خورشید در مرکز است و سیارات به  دور آن می‌چرخند البته با این تفاوت که در اتم الکترون نمی‌تواند در هر فاصله از Bohr-atom-PAR.svgهسته در هر مدار دلخواهی باشد  مدارهای خاصی وجود دارند که الکترون مجاز به حرکت در آن است عامل اصلی تعیین‌کننده برای اینکه الکترون در کدام مدار باشد انرژی است هر چه انرژی الکترون بیشتر باشد به  مدارهای بالاتری می‌رود. می توان به شکل‌های مختلف به اتم انرژی داد مثلاً با حرارت دادن و یا با ضربه زدن . اگر انرژی به اندازه‌ی کافی باشد الکترون را در هسته از حالت پایین یا کم انرژی به حالت بالا یا پر انرژی می‌برد.

در مکانیک کوانتومی حالت‌ها را از پایین به بالا یا از کم انرژی به پر انرژی شماره‌گذاری می‌کنند حالت اول (کم انرژی‌ترین حالت) را حالت پایه می‌نامند حالت  دوم و سوم و بالاتر را حالت‌های تحریک شده می‌نامند. حالت‌های تحریک شده پایدار نیستند. معنی این جمله این است که اگر الکترون در اثر ضربه یا گرما یا برخورد با یک فوتون یا هر پدیده دیگر انرژی بگیرد و به حالت بالاتر برود در آنجا نمی‌ماند و فوراً در کسر کوچکی از ثانیه با حالت پایین‌تر باز می‌گردد و انرژی را دوباره پس می‌دهد این انرژی معمولاً به شکل یک فوتون تابش می‌شود.

خط اچ آلفا به همین شکل در طیف ستاره‌ها تشکیل می‌شود. بخش اعظم جرم ستاره‌ها از هیدروژن تشکیل شده است  هیدروژن در هسته خود یک پروتون دارد و در اطراف این پروتون یک الکترون می‌چرخد. اگر یک اتم هیدروژن در اثر انرژی گرفتن الکترون خود را از حالت دوم به سوم بفرستد وقتی الکترون به حالت دوم بازمی‌گردد فوتونی تابش می‌کند که طول موج آن ۶۵۶ نانومتر است این فوتون در ناحیه‌‌ی قرمز طیف قرار دارد و به فوتون اچ آلفا معروف است. به همین ترتیب اگر الکترون از حالت دوم به چهارم برود و بازگردد فوتونی تابش می‌شود که طول موج آن  ۴۸۶ نانومتر است که به آن فوتون اچ بتا می‌‌گویند به همین ترتیب گذارهایی از حالت دوم به حالت‌های پنجم و ششم و الی آخر نام‌گذاری می‌شوند و با هم یک سری ایجاد می‌کنند به این سری، سری بالمر گفته می‌شود. در این سری اچ آلفا از همه درخشان‌تر است و بقیه کم نورتر هستند.

ممکن است این پرسش پرسیده شود که چرا الکترون‌ها در سری بالمر به جایی که از حالت بالاتر یعنی حالت سوم یا چهارم به حالت پایه یا حالت اول برگردند به حالت دوم برمی‌گردند. پاسخ این پرسش در انرژی حرارتی گاز ستاره‌هاست.  حرارت باعث می‌شود اتم‌ها به طور مداوم به هم ضربه بزنند و انرژی ردوبدل کنند. در اثر این ضربه‌ها الکترون فرصت رفتن به حالت پایه را ندارد و اکثر اوقالت در حالت دوم است و از آنجا به حالت‌های دیگر می‌رود. از اینجا می‌فهمیم که بوجود آمدن خط اچ آلفا بستگی به دمای ستاره دارد در ستاره‌های خیلی سرد الکترون‌ها اگر از حالتی پر انرژی پایین بیایند به حالت اول برمی‌گردند مثلاً از حالت سوم به اول در این ستاره‌ها خط اچ آلفا باید ضعیف باشد در ستاره‌ها خیلی  داغ هم الکترون‌ها به خاطر دمای زیاد اصلاً در حالت اول یا دوم نیستند که بخواهند به حالت‌های بالاتر بروند و دوباره برگردنند و فوتون اچ آلفا تولید کنند. می‌توانیم حساب کنیم که بیشترین فوتون‌های اچ آلفا را ستاره‌های رده طیفی A با دمایی در حدود ۸۰۰۰ درجه تولید می‌شود. در این ستاره‌ها اکثر الکترون‌ها در لایه‌ی دوم هستند و آمادگی دارند به لایه‌های بالاتر بروند.  در چنین ستاره‌هایی علاوه بر این که فوتون‌های اچ آلفا خیلی خوب تولید می‌شوند خیلی راحت هم جذب می‌شوند.  یعنی وقتی به طیف جذبی این ستاره‌ها نگاه می‌کنیم در طول موج ۶۵۶ نانومتر فوتونی نمی‌بینیم این همان خط جذبی اچ آلفا است که در طیف جذبی ستاره‌ها کاملاً شاخص است.

تمام حقوق این سایت برای © 2018 پرسش و پاسخ محفوظ است. خدمتی از کانون نگارش و ترجمه کانوت
قدرت گرفته از وردپرس فارسی