發(fā)射線的種類及其科學意義

  發(fā)射線是光譜中特定波長的亮線，由氣體或等離子體中的原子、離子或分子在受激后躍遷到低能級時釋放光子形成。它們不僅是天體物理過程的重要診斷工具，還能揭示天體的化學成分、溫度、密度及動力學狀態(tài)。以下是發(fā)射線的詳細分類及典型例子，遠超Hα（氫阿爾法線）的范疇。

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  1. 發(fā)射線的物理機制

  發(fā)射線的產生需滿足兩個條件：

  1. 激發(fā)源（如高溫、輻射場、碰撞）。

  2. 低密度環(huán)境（避免碰撞退激發(fā)，如星云、日冕）。

  根據(jù)量子力學，發(fā)射線波長（λ）由能級差決定：

  \[

  \lambda = \frac{hc}{E_u - E_l}

  \]

  其中，\E_u\和\E_l\分別為上下能級能量。

  ---

  2. 發(fā)射線的主要種類

  1 原子發(fā)射線

  氫原子（Balmer系列）

  - Hα（656.28 nm，紅區(qū)）：n=3→2，最常見于恒星形成區(qū)（如獵戶座大星云）。

  - Hβ（486.13 nm，藍綠區(qū)）：n=4→2，用于電子溫度測量。

  - Hγ, Hδ：更高能級躍遷，強度逐漸減弱。

  其他氫線

  - 萊曼系列（Lyman）：紫外波段（如Lyman-α 121.6 nm），類星體和早期宇宙探測。

  - 帕邢系列（Paschen）：紅外區(qū)（如Paschen-α 1875 nm）。

  金屬原子線

  - 鈉（Na I）：589.0 nm和589.6 nm（D雙線），見于彗星和冷星。

  - 鈣（Ca II）：

  - H線（396.8 nm）和K線（393.4 nm），恒星色球層活動指標。

  - 紅外三重線（849.8 nm, 854.2 nm, 866.2 nm），太陽黑子研究。

  2 離子發(fā)射線

  一次電離元素

  - [O II]（372.6 nm和372.9 nm）：星系電離氣體示蹤。

  - [N II]（654.8 nm和658.3 nm）：與Hα混合，區(qū)分激波或輻射電離。

  - [S II]（671.6 nm和673.1 nm）：電子密度診斷（線強度比）。

  高次電離元素

  - [O III]（495.9 nm和500.7 nm）：行星狀星云和活動星系核（AGN）的強線。

  - [Ne III]（386.9 nm）：大質量恒星電離區(qū)標志。

  - [Fe X]（637.4 nm）：日冕高溫（百萬開爾文）等離子體。

  3 分子發(fā)射線

  轉動-振動譜帶

  - CO（一氧化碳）：毫米波（如CO J=1→0 115.27 GHz），分子云質量測量。

  - H?O（水）：亞毫米波（如557 GHz），恒星形成區(qū)外流探測。

  - OH（羥基）：18 cm射電波段（1612 MHz、1665 MHz等），脈澤（微波激射）源。

  復合分子

  - PAHs（多環(huán)芳烴）：紅外特征譜線（如3.3 μm、6.2 μm），星際有機分子。

  4 復合與復合線

  - 自由-束縛輻射（復合連續(xù)譜）：電子被離子捕獲時釋放連續(xù)輻射+疊加發(fā)射線（如H II區(qū)）。

  - 雙電子復合線：高能電子復合到高激發(fā)態(tài)（如He II 468.6 nm）。

  5 特殊天體發(fā)射線

  活動星系核（AGN）

  - 寬線區(qū)（BLR）：

  - Hβ寬線（FWHM ＞ 2000 km/s）。

  - C IV 154.9 nm（紫外），類星體紅移測量。

  - 窄線區(qū)（NLR）：

  - [O III] 500.7 nm（FWHM ＜ 500 km/s）。

  超新星遺跡

  - [Fe XIV]（530.3 nm）：高溫激波區(qū)。

  - [Si II]（634.7 nm）：拋射物成分。

  X射線發(fā)射線

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