Wenn wir uns ein Objekt vorstellen, das aus Wasserstoffgas besteht, das für alle Strahlung optisch dick ist und sich im thermischen Gleichgewicht befindet, dann werden Photonen mikroskopisch als Emissions-/Absorptionslinien emittiert und absorbiert.
Das Gesamtobjekt sollte jedoch Strahlung nach dem Planckschen Gesetz aussenden , das die Intensität als stetige Funktion der Wellenlänge (und Temperatur) beschreibt.
Wie kommt das zustande und woher kommen die Photonen, die wir bei Wellenlängen zwischen den Spektrallinien von Wasserstoff detektieren, ursprünglich?
Wasserstoffgas ist kein Wasserstoffatom. Bei manchen Atomkollisionen hat man kompliziertere Systeme als nur ein Wasserstoffatom, dh sie haben kompliziertere Emissions-/Absorptionsspektren. Außerdem gibt es eine Doppler-Verbreiterung von Linien, die scharfe Linien verschmiert. Aber der Hauptgrund ist natürlich (vorübergehend) die Schaffung komplexer Vielatom- (und sogar Plasma-) Konfigurationen mit einem reicheren Spektrum. In einem dicken Objekt gibt es eine ausreichende Anzahl solcher komplexer Systeme.
Ich denke, in der Frage steckt ein einfacher Widerspruch: Entweder Sie definieren Ihr Objekt als einen schwarzen Körper, der jede Wellenlänge absorbiert und emittiert, oder Sie sprechen von Spektrallinien.
Wasserstoff ist kein schwarzer Körper. Wenn Sie sich das so vorstellen, wundern Sie sich nicht, wenn Sie zu widersprüchlichen Ergebnissen kommen.
Sie meinen wahrscheinlich ein Gas aus hypothetischen Atomen, die nur mit Photonen bei einer bestimmten Frequenz wechselwirken können, dh Atome mit nur einem Anregungsenergieniveau.
Wenn ein solches angeregtes Atom eine endliche Lebensdauer hat, was erforderlich erscheint, bedeutet dies automatisch, dass sein Energieniveau eine Breite ungleich Null hat. Und dies bedeutet wiederum, dass absolut kaltes Gas eine Linie ungleich Null aussendet.
Während sie mit der Strahlung ins Gleichgewicht kommen, bewegen sich solche Atome infolge des Photonenantriebs. Je mehr Vortrieb wirkt, desto chaotischer werden die Bewegungen. Schließlich ist ein solches Gas nur dann im Gleichgewicht mit Strahlung, wenn seine Doppler-Verbreiterung der Emissionslinien die Situation erreicht, in der alle sich überlappenden verbreiterten Linien mit dem Planck-Spektrum zusammenfallen.
Um ein perfekter schwarzer Körper zu sein, muss ein Objekt für Strahlung bei allen Wellenlängen undurchlässig (optisch dick) sein.
Wenn Sie ein Material vermuten, das nur bei diskreten Wellenlängen absorbiert / emittiert, kann dies niemals ein Schwarzkörperspektrum emittieren, da es keinen Mechanismus gibt, um Strahlung außerhalb dieser diskreten Linien zu emittieren.
In der Praxis hat atomares Wasserstoffgas natürlich bei jeder Temperatur ungleich Null eine gewisse Opazität bei allen Wellenlängen - zum Beispiel besteht eine Wahrscheinlichkeit ungleich Null, dass jedes Atom ionisiert wird, und dann besteht die Möglichkeit einer Rekombinationsstrahlung, wenn sich ein freies Elektron verbindet mit einem Wasserstoffatom zu einem H Ion oder Bremsstrahlung, wenn sie im elektrischen Feld eines Protons beschleunigt. Die inversen Prozesse liefern Kontinuumsopazität. Oder eine winzige, aber von Null verschiedene Opazität wird durch die Flügel der atomaren Übergangslinien bereitgestellt – entweder aufgrund natürlicher Linienverbreiterung oder Doppler- und Druckverbreiterung. Ob diese zu Schwarzkörperstrahlung führen könnten, würde davon abhängen, ob der Wasserstoff physikalisch dick und dicht genug ist, um bei allen relevanten Wellenlängen optisch dick zu sein.
Dieser Mechanismus und seine Umkehrung sind größtenteils verantwortlich für die Kontinuumsundurchlässigkeit in der solaren Photosphäre und warum das Spektrum der Sonne (eigentlich ziemlich schlecht) als Schwarzkörperspektrum angenähert werden kann.
Nikolaj-K
QMechaniker