[科普中國]-巴耳末系

巴耳末系或巴耳末線是原子物理學(xué)中氫原子六個發(fā)射譜線系列之一的名稱。

巴耳末系的計算可以使用約翰·巴耳末在1885年發(fā)現(xiàn)的巴耳末公式－ 一個經(jīng)驗式。 來自氫原子所發(fā)射的光譜線在可見光有4個波長：410納米、434納米、486納米和656納米。它們是吸收光子能量的電子進入受激態(tài)后，返回主量子數(shù)n等于2的量子狀態(tài)時釋放出的譜線。

簡介巴耳末系或巴耳末線是原子物理學(xué)中氫原子六個發(fā)射譜線系列之一的名稱。

巴耳末系的計算可以使用約翰·巴耳末在1885年發(fā)現(xiàn)的巴耳末公式－ 一個經(jīng)驗式。 來自氫原子所發(fā)射的光譜線在可見光有4個波長：410納米、434納米、486納米和656納米。它們是吸收光子能量的電子進入受激態(tài)后，返回主量子數(shù)n等于2的量子狀態(tài)時釋放出的譜線。1

回顧巴耳末系的譜線是電子從主量子數(shù)或徑矢量子數(shù)n>3的能級返回n等于2時釋放出的。傳送的名稱是利用希臘字母依序來命名：從n=3至n=2稱為H-α，n=4至n=2稱為H-β，n=5至n=2稱為H-γ，n=6至n=2稱為H-δ。當(dāng)個系列的電磁波頻譜在可見光部分第一次被看見時，就被稱為H-α、H-β、H-γ和H-δ，其中的H就代表氫原子。

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雖然在1885年之前物理學(xué)家就知道原子會輻射，但她們?nèi)狈ぞ邅頊蚀_的預(yù)測譜線應(yīng)該出現(xiàn)的位置（波長）。巴耳末公式能很精確的預(yù)測氫在可見光的4條吸收或發(fā)射的譜線，啟發(fā)了里德伯公式成為普遍化的形式，并帶領(lǐng)物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)在可見光之外的來曼系、帕申系、布拉開線系：那些被預(yù)測的氫吸收和發(fā)射譜線。

最熟悉的紅色H-α氫氣譜線，是n= 3的殼層和n= 2的殼層之間轉(zhuǎn)移的巴耳末系譜線，是在宇宙中最耀眼的顏色。在耀眼的發(fā)射或電離的星云，像是獵戶座大星云，都會發(fā)現(xiàn)它對光譜的貢獻，有時在恒星形成的HII區(qū)也能發(fā)現(xiàn)。在真實顏色的照片中，這些星云因為氫發(fā)射的巴耳末系組合，明顯的發(fā)散出桃紅色的顏色。

稍后，發(fā)現(xiàn)在非常高分辨率的觀察下，這些氫的譜線都是非?？拷碾p線，這種分裂的譜線稱為精細結(jié)構(gòu)。同時也發(fā)現(xiàn)，被激發(fā)的電子在巴耳末系從n=2躍遷至n>6的軌道時，即使是紫外線的譜線也是如此。1

在天文學(xué)中的角色巴耳末系在天文學(xué)中特別有用，因為巴耳末線出現(xiàn)在許多天體的現(xiàn)象中。而且氫在宇宙中的豐盈度，使它在被看見時，總是比共同存在的其他元素譜線更為顯而易見。

在恒星的光譜類型，主要是由表面的溫度決定，是建立在光譜線的相對強度上，而巴耳末系在這方面室非常重要的。其它可以取決于進一步光譜分系的特征還包括表面重力（與物體的大小有關(guān)）和成分（結(jié)構(gòu)）。 . 因為在各種不同的天體中巴耳末系都是可以觀察到的譜線，它們常被利用多普勒位移來測量視線速度。這在天文學(xué)所有的領(lǐng)域上都很有用，像是測量聯(lián)星、系外行星、中子星和黑洞等致密天體（測量圍繞著的吸積盤中氫的運動）、確認有著相似運動天體的起源和是否是同一群天體（移動星群、星團、星系團、和來自碰撞的碎片）、測量星系或類星體的距離（精確的紅移）、或是經(jīng)由光譜分析辨識出不熟悉的天體。

依據(jù)被觀測對象的本質(zhì)，巴耳末線可以出現(xiàn)在吸收譜線或發(fā)射譜線中。在恒星，巴耳末系通常是吸收線，而且在表面溫度10,000K（光譜類型A）的恒星最為強烈（明顯）。在許多的不規(guī)則星系、螺旋星系、AGN、HII區(qū)、和行星狀星云，巴耳末線是發(fā)射線。

在恒星光譜中，H-ε線（7躍遷至2）經(jīng)常會與其他的吸收譜線混合，天文學(xué)家都知道電離的鈣的"H"（夫朗荷斐譜線中的標(biāo)示），CaH的波長是396.847奈米，與H-ε線非常接近，在低解析的光譜中式無法分辨兩者的。同樣的，H-ζ線（8躍遷至2）在高溫恒星中也會與中性氦的混合。2

相關(guān)條目天文學(xué)的光譜學(xué)

恒星分類

玻爾模型

薛定諤方程

H-α

里德伯公式

氫原子光譜

本詞條內(nèi)容貢獻者為:

王沛 - 副教授、副研究員 - 中國科學(xué)院工程熱物理研究所