КУРС ЗАГАЛЬНОЇ АСТРОНОМІЇ - С. М. АНДРІЄВСЬКИЙ 2007

Частина IV

ОСНОВИ ТЕОРЕТИЧНОЇ ТА ПРАКТИЧНОЇ АСТРОФІЗИКИ

Розділ 8

ЕЛЕМЕНТИ ТЕОРЕТИЧНОЇ АСТРОФІЗИКИ

8.9. Основи спектрального аналізу та його результати

У спектрах переважної більшості зір на фоні неперервного спектра наявні лінії поглинання (рис. 8.6). Інтенсивність (потік) випромінювання в лініях поглинання менша, ніж у сусідніх ділянках неперервного спектра. На рис. 8.7 зображений профіль лінії поглинання. Лінія поглинання характеризується шириною Δλ на половинній інтенсивності, положенням центра лінії λ0, інтенсивністю І(λ0), або потоком F(λ0) випромінювання в центрі лінії, та еквівалентною шириною Wλ, що вимірюється площею, охопленою профілем лінії. Усі ці параметри підлягають якнайстараннішому аналізові для кожної з ліній, наявних у спектрі будь-якого небесного світила.

image56

Рис. 8.6. Реєстрограми розподілу потоку випромінювання з довжиною хвилі у видимій і ближній інфрачервоній частині спектра зір спектрального класу ТО

Рис.8.7. Профіль лінії поглинання Hα у спектрі Сонця

Внутрішні частини лінії називаються ядром, зовнішні — крилами. Уведено також поняття залишкової інтенсивності гλ, як відношення інтенсивності Ιλ, що спостерігається на довжині хвилі λ, до інтенсивності неперервного спектра Iλ0, знайденої шляхом інтерполяції до цієї ж довжини хвилі: rλ = Iλ /I0λ.

З теорії випливає, що якби атоми зоряної атмосфери не взаємодіяли один з одним і були нерухомими, то ширина спектральної лінії в оптичному діапазоні не перевищувала б Δλ < 0,0001 А. Однак їхні реальні ширини у тисячі разів більші.

Найважливішим ефектом, який призводить до розширення спектральної лінії, є ефект теплового руху атомів. Атоми в атмосфері зорі рухаються з різними швидкостями відповідно до розподілу Максвелла (8.43). Якщо атом рухається зі швидкістю V до спостерігача, то завдяки ефекту Доплера під час переходу електрона з m-го рівня на n-й поглинається квант енергії з довжиною хвилі λ = λ0–V/C ·λ0, а якщо атом рухається від спостерігача, — з довжиною хвилі λ = λ0+V/C ·λ0,. Хвилі з довжиною λ0поглинаються тими атомами, які в цей момент нерухомі або рухаються перпендикулярно до потоку квантів.

При певній температурі Т рух атомів в атмосфері зорі характеризується найімовірнішою швидкістю (8.44). Зміщення ΔλΒ, що відповідає цій швидкості V*, визначає ширину лінії:

image58

яка називається доплерівською шириною спектральної лінії. Вимірявши її, за формулою (8.50) обчислюють кінетичну температуру газу в атмосфері зорі.

Дуже істотним є також ефект розширення енергетичних рівнів атомів унаслідок їх взаємодії один з одним і з електронами (ефект Штарка). Він тим більший, чим більша концентрація частинок.

Обидва ці ефекти суттєво впливають на еквівалентну ширину лінії Wλ, але вирішальну роль тут відіграє кількість поглинаючих атомів хімічного елемента, якому належить досліджувана лінія. Як приклад, на рис. 8.8 показана зміна профілю і площі спектральної лінії, яка належить однократно іонізованому кремнію. Профіль цієї лінії був синтезований для моделі атмосфери зорі з ефективною температурою 10 000 К і прискоренням сили тяжіння на поверхні 177,83 м/с2. Найбільш глибокий профіль (найбільша еквівалентна ширина лінії) відповідає нормальному вмісту кремнію.

image59

Рис. 8.8. Залежність форми профілю спектральної лінії від кількості поглинаючих частинок

Зменшення еквівалентної ширини лінії було досягнуто шляхом поетапного зниження концентрації поглинаючих атомів кремнію у 3,16 рази.

Узявши до уваги всі механізми розширення ліній та проаналізувавши кожну спектральну лінію кожного хімічного елемента, шляхом математичного моделювання визначають кількість поглинаючих атомів окремих хімічних елементів у зоряній атмосфері — її хімічний склад. Детально про це сказано у розділі 14 і відображено в таб. 14.2.






Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити

Віртуальна читальня освітніх матеріалів для студентів, вчителів, учнів та батьків.

Наш сайт не претендує на авторство розміщених матеріалів. Ми тільки конвертуємо у зручний формат матеріали з мережі Інтернет які знаходяться у відкритому доступі та надіслані нашими відвідувачами.

Всі матеріали на сайті доступні за ліцензією Creative Commons Attribution-Sharealike 3.0 Unported CC BY-SA 3.0 та GNU Free Documentation License (GFDL)

Якщо ви являєтесь володарем авторського права на будь-який розміщений у нас матеріал і маєте намір видалити його зверніться для узгодження до адміністратора сайту.

Дозволяється копіювати матеріали з обов'язковим гіпертекстовим посиланням на сайт, будьте вдячними ми приклали багато зусиль щоб привести інформацію у зручний вигляд.

© 2007-2019 Всі права на дизайн сайту належать С.Є.А.