第133章 发射线（1/2）

发射线的种类及其科学意义

发射线是光谱中特定波长的亮线，由气体或等离子体中的原子、离子或分子在受激后跃迁到低能级时释放光子形成。它们不仅是天体物理过程的重要诊断工具，还能揭示天体的化学成分、温度、密度及动力学状态。以下是发射线的详细分类及典型例子，远超Hα（氢阿尔法线）的范畴。

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1. 发射线的物理机制

发射线的产生需满足两个条件：

1. 激发源（如高温、辐射场、碰撞）。

2. 低密度环境（避免碰撞退激发，如星云、日冕）。

根据量子力学，发射线波长（λ）由能级差决定：

\[

\bda = \frac{hc}{E_u - E_l}

\]

其中，\(E_u\)和\(E_l\)分别为上下能级能量。

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2. 发射线的主要种类

(1) 原子发射线

氢原子（Balr系列）

- Hα（656.28 n，红区）：n=3→2，最常见于恒星形成区（如猎户座大星云）。

- Hβ（486.13 n，蓝绿区）：n=4→2，用于电子温度测量。

- Hγ, Hδ：更高能级跃迁，强度逐渐减弱。

其他氢线

- 莱曼系列（Lyan）：紫外波段（如Lyan-α 121.6 n），类星体和早期宇宙探测。

- 帕邢系列（Pas）：红外区（如Pas-α 1875 n）。

金属原子线

- 钠（Na I）：589.0 n和589.6 n（D双线），见于彗星和冷星。

- 钙（Ca II）：

- H线（396.8 n）和K线（393.4 n），恒星色球层活动指标。

- 红外三重线（849.8 n, 854.2 n, 866.2 n），太阳黑子研究。

(2) 离子发射线

一次电离元素

- [O II]（372.6 n和372.9 n）：星系电离气体示踪。

- [N II]（654.8 n和658.3 n）：与Hα混合，区分激波或辐射电离。

- [S II]（671.6 n和673.1 n）：电子密度诊断（线强度比）。

高次电离元素

- [O III]（495.9 n和500.7 n）：行星状星云和活动星系核（AGN）的强线。

- [Ne III]（386.9 n）：大质量恒星电离区标志。

- [Fe X]（637.4 n）：日冕高温（百万开尔文）等离子体。

(3) 分子发射线

转动-振动谱带

- CO（一氧化碳）：毫米波（如CO J=1→0 115.27 GHz），分子云质量测量。

- H?O（水）：亚毫米波（如557 GHz），恒星形成区外流探测。

- OH（羟基）：18 射电波段（1612 MHz、1665 MHz等），脉泽（微波激射）源。

复合分子

- PAHs（多环芳烃）：红外特征谱线（如3.3 μ、6.2 μ），星际有机分子。

(4) 复合与复合线

- 自由-束缚辐射（复合连续谱）：电子被离子捕获时释放连续辐射+叠加发射线（如H II区）。

- 双电子复合线：高能电子复合到高激发态（如He II 468.6 n）。

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