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2006 年 1 月 13 日

紅外光天文史 (13): 吸收或放射能量的電子光譜能階
提供者 : 陳輝樺 (AEEA 小組 , NMNS )

說明 : 在近代的量子物理裡,認識到「 原子 (atom)」 是由位於原子核心的「 質子 (proton)」 與「 中子 (neutron)」組成「 原子核 (uncleus)」, 和位於原子核外廣大空間、且環繞著原子核運行的 「 電子 (electron)」所組成的。 在環繞原子核的眾多電子中,有些位於較接近原子核的,它們較不容易被游離, 我們就認定它們是位處於較穩定的狀態、且假想它們是位於較低的能階 (lower-energy level); 反之,有些電子它們離原子核較遠而位於原子的外圍,它們較不穩定容易被游離, 所以我們假想它們是位於較高的能階 (higher-energy level)。

        當一束光照射到這個電子位處於各個不同電子能階的系統時,會發生什麼樣的情形呢? 由左上圖所示,當「 光子 (photon)」進入到原子內, 電子可能會將這個光子的能量 (Ephoton = h ν;式中 h 稱為卜朗克常數 , h = 6.6252 × 10-27 爾格秒;光子頻率 ν ) 完全吸收, 使得電子得以從較低的能階 (E1) 跳躍到較高的能階 (E2), 其能量間的關係是 Ephoton = E2 - E1 ; 這就是右圖所呈現的「 吸收譜線 (absorption line)」。 由左下圖所示,原子內位處於較高能階的電子,由於能階的較不穩定, 而使得電子容易從較高的能階 (E2) 掉落到較低、較穩定的能階 (E1) , 同時釋放出等同於兩個能階差的光子 ( Ephoton = E2 - E1 ); 這就是右圖所呈現的「 放射譜線 (emission line)」。

        紅外光天文觀測 用於偵測星際間星體的 「 紅外輻射 (infrared radiation)」(或是熱源)。 因為宇宙裡絕大多數的物體表面都有著 熱輻射現象 , 所以紅外光觀測可用以研究星體表面的 溫度 狀況。 原本觀測到的熱輻射光譜線應該是呈 連續的光譜 , 但在天文實際觀測中發現會呈現許多「 放射譜線 」和「 吸收譜線 」的存在。 可見在星球的表面和在光的傳遞過程中,可能碰到了各種不同的原子情況,這正是天文學家感興趣的部分。 稍後我們將一一地介紹。

明日主題 : 紅外光天文史 (14): 氫原子光譜能階
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主編 : 陳輝樺陳輝樺                 
                         諮詢服務 : 陳輝樺 或 (NMNS 國立自然科學博物館)
                                 王夕堯 (NTPU 國立台北大學)
                                                    蘇明俊 (樹德科技大學  休閒事業管理系)

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