Die Bildung von Absorptionslinien im Sonnenspektrum

Nicht alle emittierten Photonen „füllen die Lücke“ der Absorptionslinie, denn wenn sie emittiert werden, kommen die meisten nicht auf uns zu. Sie nehmen an, dass von einem anderen Wasserstoffatom irgendwo anders etwas emittiert wird, das zufällig ein Photon auf uns richtet, aber woher wird es kommen? Denken Sie darüber nach, wie viel vom Himmel die Sonne aus unserer Perspektive bedeckt. Denken Sie nun darüber nach, wie viel vom Himmel die Erde aus der Perspektive eines Wasserstoffatoms in der Photosphäre der Sonne bedeckt, das darüber nachdenkt, ein Photon herauszuschießen und sich zu fragen, ob es in Richtung Erde fliegen wird. Hier ist ein 2D-Diagramm - bedenken Sie, dass sich das Atom tatsächlich im 3D-Raum befindet und dieses Photon, anstatt nur auf 360 Grad beschränkt zu sein, in jede Richtung platzen kann.Es spielt also keine Rolle, wo sich IRGENDEINES der Wasserstoffatome in der Photosphäre befindet, sie haben so gut wie keine Chance, die Erde tatsächlich mit einem Photon zu treffen, das sie emittieren. Obwohl es viele von ihnen gibt, feuern sie ALLE Photonen in fast alle Richtungen ab, AUSSER zur Erde.

Emissions- und Absorptionslinien sind auf die Kirchhoffschen Gesetze zurückzuführen , die erklären, was passiert, wenn Licht durch ein Gas geht. Dies liegt daran, dass Photonen von einem Atom oder Ion absorbiert werden, wodurch ein Elektron in einen höheren Energiezustand springt, und dass Photonen emittiert werden, wenn ein Elektron in einen niedrigeren Energiezustand zurückkehrt .

Photonen werden nur dann von einem Atom oder Ion absorbiert, wenn sie genau die Energie haben, die erforderlich ist, um ein Elektron in einen angeregten Zustand zu bringen. Wenn sie nicht die richtige Energie haben, passieren sie ungehindert.

Photonen bestimmter Wellenlängen, die nicht von Ionen in der Photosphäre absorbiert werden, kommen aus der Tiefe der Photosphäre, wo es heißer ist, und wandern ungehindert direkt hindurch.

Photonen mit der richtigen Energie, um von einem in der Photosphäre vorhandenen Gas absorbiert zu werden, beispielsweise Wasserstoff, da Sie h-alpha erwähnt haben, werden mit hoher Wahrscheinlichkeit auf dem Weg durch die Photosphäre von einem Atom absorbiert und dann erneut emittiert in eine zufällige Richtung (einschließlich rückwärts!)

Photonen, die mit hoher Wahrscheinlichkeit absorbiert und wieder emittiert werden, kommen daher eher von der Oberseite der Photosphäre oder der unteren Chromosphäre, wo es zufällig kühler ist. (Während der Reise von der unteren zur oberen Photosphäre werden sie absorbiert und wieder emittiert).

Nach dem Stephan-Boltzmann-Gesetz für Schwarze Körper hängt die pro Flächeneinheit abgestrahlte Energie von der Temperatur des Schwarzen Körpers ab. Ein kühlerer Schwarzer Körper ist weniger hell als ein heißer Schwarzer Körper. Wenn also Photonen von einem kühleren Teil der Photosphäre abgestrahlt werden, erscheinen sie als Einbrüche im Spektrum .

In der oberen Photosphäre verbinden sich die Elektronen mit den Ionen, um das Atom zu neutralisieren. Wenn ein Photon auf dieses Atom trifft (das Atom absorbiert das Photon), befördert es ein Elektron von einer Hülle mit niedriger Energie zu einer Hülle mit höherer Energie. Das Elektron fällt dann auf die niedrigere Energieschale zurück und emittiert ein Photon in eine andere Richtung. Wenn Sie das Sonnenlicht in Wellenlängen aufteilen (durch ein Prisma), sehen Sie dunkle Bänder, wo das Licht von den Atomen absorbiert und in eine andere Richtung emittiert wurde. Diese Bänder entsprechen der absorbierten und abgegebenen Energie, wenn ein Elektron die Energiehülle wechselt. Hier ist das Sonnenlicht ausgebreitet, um die Absorptionsbanden zu zeigen.

Hinzugefügt: Hier ist eine hohe Auflösung der Wellenlängen der Sonne.

20. Apr: Sie interpretieren Abbildung 16.9 falsch. Auf der Ebene A treffen etwa gleich viele Photonen bei allen Wellenlängen auf den Beobachter auf der Erde. Wenn die Photonen die Chromosphäre passieren, werden die Photonen mit den Wellenlängen des Elektronenübergangs des Atoms absorbiert und vom Beobachter weg umgeleitet. Die Photonen mit unterschiedlichen Wellenlängen des Elektronenübergangs des Atoms treffen schließlich beim Beobachter ein. Deshalb gibt es dunkle Linien im Spektrum. Dies liegt daran, dass die meisten Photonen absorbiert und in eine andere Richtung umgeleitet werden.

Die Absorptionslinien werden in einem höheren Bereich gebildet, da die Photonen aus dem Spektrum entfernt werden.

Ein von der Photospere emittiertes Photon hat eine Chance von fast 50 %, nach außen gerichtet zu sein, um die Sonne zu verlassen, und zu 50 %, auf die Sonne geschossen zu werden, und das bedeutet eine gute Chance, von der Sonne absorbiert zu werden: in eine andere Frequenz oder Form umgewandelt Energie. Von den Photonen, die die Sonne verlassen, haben diejenigen mit absorbierbaren Frequenzen eine weitere 50%ige Chance, zur Sonne umgeleitet zu werden, wenn sie von den Atomen, die sie aufgenommen haben, erneut emittiert werden. Aber diejenigen, die nicht resorbierbar sind, haben diese zweite Chance nicht, umgedreht zu werden, sodass sie die Sonne in größeren Anteilen verlassen können.