Wie können sich Absorptionsspektren bilden, wenn Atome nicht in einem angeregten Zustand bleiben können?

Ich wurde beauftragt, eine Forschungsarbeit über Sterne zu schreiben. Allerdings weiß ich sehr wenig über Physik im Allgemeinen. Ich lerne, wie wir Informationen über Sterne sammeln können, indem wir das Licht analysieren, das sie aussenden. Also lerne ich zuerst, wie Licht mit Materie interagiert.

Ich habe gerade etwas über Atome gelernt und die Tatsache, dass sie normalerweise in einem geerdeten Zustand existieren. Entweder eine Kollision mit einem anderen Atom oder die Absorption eines Photons mit der richtigen Wellenlänge kann die Elektron(en) im Atom auf ein höheres Energieniveau zwingen. Das Atom befindet sich nun in einem angeregten Zustand.

Atome können jedoch nicht in einem angeregten Zustand verbleiben, da dieser Zustand nicht stabil ist. 10 –6 bis 10 –9 Sekunden später wird ein Photon aufgrund eines neu entdeckten Energieüberschusses emittiert, wenn das Elektron wieder auf seine Grundebene zurückfällt.

  • Teilfrage: Was ist hier Ursache und was Wirkung? Fällt das Elektron herunter , weil das Photon freigesetzt wird? Oder ist die Freisetzung des Photons das Ergebnis dessen, dass das Elektron durch eine fundamentale Kraft wieder nach unten gesaugt wird? Wenn letzteres der Fall ist (was ich vermute), was ist diese Kraft? Ist das die elektromagnetische Kraft?

Nach meinem Verständnis würde das freigesetzte Photon (unter der Annahme, dass die Anregung durch die Absorption eines Photons verursacht wurde) eine Wellenlänge haben, die der des absorbierten Photons entspricht.

Wenn das Obige zutrifft, bin ich verwirrt darüber, wie wir Absorptionslinien in Licht bemerken, das durch ein Gas geht.

Es wird behauptet, dass die Atome im Gas einen Teil des Lichts absorbieren, das sie durchdringt, aber nach meinem derzeitigen Verständnis der Wechselwirkung würde dieses Licht bald wieder emittiert werden. Ich würde also denken, dass wir immer noch ein kontinuierliches Spektrum sehen sollten. was fehlt mir hier?

Nur weil eine Frequenz absorbiert wird, bedeutet das nicht, dass sie wieder emittiert wird. Stattdessen kann die gesamte von einem einzelnen (hochenergetischen) Photon absorbierte Energie als mehrere (niedrigerenergetische) Photonen freigesetzt werden.
Elektronische Zustände können in praktischen Experimenten eine Lebensdauer von mehreren Sekunden haben.

Antworten (1)

Grundsätzlich existieren Absorptionslinien, weil absorbierte Photonen nicht in der gleichen Richtung wieder emittiert werden, sodass dunkle Linien beobachtet werden können. Dafür gibt es verschiedene Gründe.

Beispielsweise kann die zusätzliche Energie als Phonon in einem festen oder stark wechselwirkenden System dissipiert werden. Angeregte Zustände können auch mehrere niederfrequente Photonen emittieren, wenn es metastabile Zustände gibt. Schließlich emittieren sogar die Atome Photonen mit der gleichen Frequenz, die Photonenrichtung ist völlig zufällig. Daher kann das gesamte reemittierte Licht vernachlässigt werden, wenn der Detektor weit genug entfernt ist, daher dunkle Linien.

ahh das macht sinn. Es ist also nur garantiert, dass die gleiche Energiemenge freigesetzt wird, aber seine Form ist möglicherweise kein einzelnes Photon und es kann in eine Richtung außerhalb des Bereichs der Linse geschossen werden
Dies ist nicht die richtige (oder zumindest nicht die vollständige) Erklärung in Sternen. Zur Erzeugung von Absorptionslinien ist ein Temperaturgradient erforderlich.
@ProfRob "Ein Temperaturgradient ist erforderlich, um Absorptionslinien zu erzeugen." Können Sie das bitte näher erläutern?
@ÁrpádSzendrei Wenn es keinen Temperaturgradienten gibt, endet Ihre Sichtlinie auf Material mit der gleichen Temperatur und damit mit der gleichen Oberflächenhelligkeit. Das Argument in dieser Frage nimmt den einfachen Fall eines kalten Objekts, das von hinten von einem heißen Objekt beleuchtet wird (dh nimmt implizit einen Temperaturgradienten an) und wo die optische Tiefe so eingestellt ist, dass Sie das heiße Objekt im Kontinuum sehen können, aber nicht im Linie.
Wie können sich Absorptionsspektren bilden, wenn Atome nicht in einem angeregten Zustand bleiben können?
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