Spektral'nye linii

Ris. 1. Spektral'naya liniya poglosheniya na grafike zavisimosti intensivnosti izlucheniya ot chastoty . - ekstrapolirovannaya intensivnost' nepreryvnogo spektra.

S.l. kosmich. ob'ektov nablyudayutsya vo vseh spektral'nyh diapazonah. V radiodiapazon popadayut razlichnye radiolinii molekul (sm. Molekuly v mezhzvezdnoi srede), rekombinacionnye radiolinii atomov, a takzhe atomarnye radiolinii, svyazannye so sverhtonkim rasshepleniem urovnei energii (napr., Radioliniya vodoroda 21 sm). V IK-diapazone preobladayut S.l., svyazannye s vrashatel'nymi i kolebatel'nymi perehodami molekul, v vidimom i UF- diapazonah dominiruyut S.l. atomov i atomarnyh ionov, v zvezdah pozdnih spektral'nyh klassov - molekulyarnye linii. V rentg. diapazone obnaruzheny linii izlucheniya vysokozaryadnyh ionov (naibolee sil'ny linii ionov zheleza FeXXV i FeXXVI vblizi energii 7 keV), a takzhe cikoltronnye S.l. ot neitronnyh zvezd. V gamma-diapazon popadayut liniya 511 keV, voznikayushaya pri annigilyacii pozitrona i elektrona (napr., v yadre Galaktiki), i S.l. atomnyh yader.

Usilenie (oslablenie) izlucheniya v S.l. po sravneniyu s nepreryvnym spektrom v astronomii harakterizuyut velichinoi ostatochnoi intensivnosti - otnosheniem intensivnosti na chastote vnutri linii k ekstrapolirovannoi intensivnosti na etoi chastote v nepreryvnom spektre (ris. 1):
.

Ris. 2. Profil' spektral'noi linii. Ploshad' pryamougol'nika ABCD ravna zashtrihovannoi ploshadi. MN - polushirina linii.

F-ciya, harakterizuyushaya zavisimost' ostatochnoi intensivnosti ot chastoty, naz. profilem S.l. (ris. 2). Polnyi potok izlucheniya (ili pogloshennyi potok) v edinichnom telesnom ugle vo vseh chastotah vnutri linii naz. polnoi intensivnost'yu S.l. i vyrazhaetsya ploshad'yu zashtrihovannoi figury, izobrazhennoi na ris. 1. Velichina, pokazyvayushaya, kakomu uchastku nepreryvnogo spektra v okrestnosti S.l. ekvivalentna polnaya intensivnost' S.l., naz. ekvivalentnoi shirinoi S.l. (ona ravna shirine pryamougol'nika ABCD na ris. 2). Rasstoyanie mezhdu temi tochkami profilya S.l., v k-ryh intensivnost' ravna polovine ot maksimal'noi, naz. polushirinoi S.l.

Nablyudaemyi profil' S.l. obuslovlen, vo-pervyh, konechnoi razreshayushei sposobnost'yu spektral'nogo pribora (t.n. instrumental'nym profilem). Izobrazhenie predel'no uzkoi S.l. v real'nom spektral'nom pribore poluchaetsya neskol'ko razmytym, v chastnosti iz-za difrakcii sveta v optich. sisteme pribora. Vo-vtoryh, imeet mesto estestvennaya ushirenie S.l., vyzvannoe vozdeistviem razlichnyh fiz. faktorv na izluchayushuyu sistemu. Estestvennoe ushirenie S.l. vyzvano prezhde vsego radiac. zatuhaniem - poterei atomov energii na izluchenie. Zatuhayushee kolebanie ne yavl. monohromaticheskim, a soderzhit celyi nabor (spektr) chastot . S.l., ushirennaya vsledstvie radiac. zatuhaniya, imeet ostryi maksimum i pologie kryl'ya (ris. 3, a). V podavlyayushem bol'shinstve sluchaev shiriny S.l. vo mnogo raz prevoshodyat radiac. shiriny, a profili S.l. okazyvayutsya znachitel'no bolee slozhnymi, chem radiacionnye. Prichiny etogo - Doplera effekt i t.n. effekty davleniya (vzaimodeistvie izluchayushego atoma s okruzhayushimi ego chasticami). Pri maksvellovskom raspredelenii atomov po skorostyam (sm. Maksvella raspredelenie) doplerovskoe ushirenie privodit k specifich. kolokoloobraznoi forme profilya pri pochti polnom otsutstvii kryl'ev (ris. 3, b). Doplerovskie shiriny S.l. pri temp-rah poryadka nesk. tysyach K sostavlyayut 10^-1-10^-2 (v vidimom diapazone) i osobenno veliki dlya H i He. Ushirenie iz-za vzaimodeistviya s okruzhayushimi chasticami obuslovleno smesheniem urovnei energii atoma pod deistviem mezhatomnyh elektrich. polei (t.n. Shtarka effekt) i pryamymi stolknoveniyami atoma s neitral'nymi chasticami ili elektronami, privodyashimi k sokrasheniyu vremeni zhizni atoma v dannom sostoyanii (t.n. zatuhanie vsledstvie stolknovenii). Profil' linii v dannom sluchae imeet pologie kryl'ya i mozhet okazat'sya smeshennym. Ushirenie S.l. iz-za vzaimodeistviya s okruzhayushimi chasticami vozrastaet s rostom koncentracii vozmushayushih chastic. Vozmozhno takzhe ushirenie i rasheplenie S.l. pod deistviem magn. polya, vozmushayushego izluchayushii atom (sm. Zeemana effekt).

Ris. 3. Profili spektral'nyh linii: a - ushirennoi vsledstvie radiacionnogo zatuhaniya, b - vsledstvie effekta Doplera ( - interval izmeneniya dliny volny v edinicah 10-3 ).

Nalichie linii poglosheniya v spektre zvezdy oznachaet, chto zvezdnoe veshestvo na chastote linii pogloshaet znachitel'no sil'nee, chem na chastotah sosednih uchastkov spektra. Pozhtomu na chastote S.l. k nablyudatelyu prihodit izluchenie ot bolee vysokih i razrezhennyh chastei zvezdnyh atmosfer. V etih usloviyah net ravnovesiya izlucheniya s veshestvom: raspredelenie atomov po energetich. urovnyam i, sledovatel'no, ih izluchenie uzhe ne opredelyaetsya kinetich. temp-roi gaza. V rezul'tate izluchenie, svyazannoe s perehodami atomov s odnogo urovnya energii na drugoi, oslablyaetsya, poyavlyaetsya S.l. poglosheniya. Esli temp-ra vnesh. sloev zvezdy znachitel'no vyshe, chem temp-ra fotosfery (kak v solnechnoi hromosfere), to mogut poyavit'sya yarkie S.l. ishlucheniya. Takie zhe linii mogut sushestvovat' v spektre goryachei zvezdy, esli vokrug nee imeetsya protyazhennaya obolochka, pogloshayushaya nepreryvnoe UF-izluchenie zvezdy i pererabatyvayushaya ego v izluchenie S.l.

Esli davlenie izluchayushego veshestva malo i ego turbulentnye dvizheniya neznachitel'ny, S.l. imeyut maluyu shirinu i kolokoloobraznuyu formu, t.e. obuslovleny v osnovnom effektom Doplera, svyazannym s teplovym dvizheniem izluchayushih chastic. Takie uzkie S.l. nablyudayutsya, napr., v spektrah zvezd-sverhgigantov (ris. 4). Pri malyh plotnostyah veshestva, no ochen' bol'shom razlichii (dispersii) skorostei makroskopicheskih dvizhenii kontrur S.l. takzhe imeet formu, blizkuyu k kolokoloobraznoi, no sravnitel'no bol'shoi shiriny. Takaya kartina nablyudaetsya, napr., v protyazhennyh atmosferah Vol'fa-Raie zvezd, gde dispersiya skorostei makroskopich. dvizhenii dostigaet tysyach km/s, a sootvetstvuyushie shiriny S.l. - soten angstrem (ris. 5). Pri bol'shih plotnostyahveshstva nachinayut skazyvat'sya effekty davleniya, privodyashie k poyavleniyu u S.l. razvityh kryl'ev. Takie razmytye S.l. nablyudayutsya v spektrah zvezd-karlikov (ris. 6). T.o., issledovanie S.l. pozvolyaet izuchat' fiz. usloviya v atmosferah zvezd razlichnyh spektral'nyh klassov, a takzhe opredelyat' (sm. svetimosti klassy) zvezd.

Ris. 4. Registrogramma spektra zvezdy-sverhgiganta Lebedya. H7, H8 i t.d. - linii vodoroda serii Bal'mera, cifry pod nimi - sootvetstvuyushie dliny voln v

Ris. 5. Profil' emissionnoi linii v spektre zvezdy HD 191765 tipa Vol'fa-Raie. Intensivnost' dana v uslovnyh edinicah.

Ris. 6. Registrogramma spektra zvezdy-karlika L'va.

Dlya issledovaniya profilei S.l. v UF-, vidimom i IK-diapazonah v astrofizike ispol'zuyutsya v osnovnom spektrografy i spektrometry, v k-ryh dispergiruyushim elementom yavl. difrakc. reshetka, pozvolyayushaya koncentrirovat' izluchenie v opredelennom poryadke spektra (sm. Spektral'nye pribory). Registraciya spektra mozhet provoditsya libo fotograficheski s posleduyushei obrabotkoi fotgrafii na mikrometre, libo fotoelektricheski. V poslednem sluchae proizvoditsya neposredstvennaya zapis' raspredeleniya intensivnosti v spektre na diagrammnoi lente. Pri issledovanii profilei uzkih S.l. (menee 1 ) osoboe znachenie priobretaet uchet razreshayushei sposobnosti spektral'nogo pribora (instrumental'nogo profilya). Pri izuchenii spektrov slabyh ob'ektov effektivno ispol'zuyutsya elektronnye usiliteli izobrazheniya - t.n. elektronno-optich. preobrazovateli. Razreshayushaya sposobnost' sovr. spektral'nyh priborov dostigaet .

Ispol'zuya teoriyu ushireniya S.l. i teoriyu perenosa izlucheniya v zvezdnyh atmosferah, mozhno poluchit' zavisimost' mezhdu ekvivalentnoi shirinoi S.l. i velichinoi, proporcional'noi koncentracii atomov v sootvetstvuyushem energetich. sostoyanii (t.n. krivuyu rosta). Sravnenie teoretich. krivyh rosta s krivymi, poluchennymi iz nablyuyudenii, pozvolyaet opredelyat' otnositel'nyi him. sostav i turbulentnye skorosti v zvezdnyh atmosferah. T.o. ustanovleno, chto naibolee obil'nyi element, soderzhashiisya v zvezdnom veshestve, - vodorod (sostavlyaet ok. 70% ot massy vseh elementov), sleduyushii po rasprostranennosti element - gelii, zatem idet uglerod.

Issledovanie S.l. daet naibolee detal'nuyu informaciyu o fiz. usloviyah na nebesnyh telah, dlya k-ryh udaetsya poluchit' dostatochno podrobnye spektry.

Lit.:
Mustel' E.R., Zvezdnye atmosfery, M., 1960; Zvezdnye atmosfery, per. s angl., M., 1963; Teoriya zvezdnyh spektrov, [pod red. V.V. Soboleva], M., 1966; Martynov D.Ya., Kurs obshei astrofiziki, 3 izd., M., 1979; Sobolev V.V., Kurs teoreticheskoi astrofiziki, 2 izd., M., 1975.

(A.M. Cherepashuk)