光谱学习中的几个问题释疑

光谱学习中的几个问题释疑

1.为什么炽热的固体、液体和高压气体可以产生连续光谱

原子在各个定态的能量为负值且不连续，原子由较高的激发态向较低的激发态或基态跃迁时辐射的能量是不连续的，产生光的频率也是不连续的。但是，炽热的固体、液体和高压气体由于温度较高或激烈碰撞等原因使部分核外电子挣脱原子核的束缚变为自由电子，这些自由电子具有较大的动能，致使其总能量成为正值，且是连续的。当这些电子被原子吸附，向较低的能级跃迁时，释放能量，这种能量的释放是连续的，产生光的频率也是连续的，形成连续光谱。

2.为什么稀薄气体发光才可产生线状谱

根据经典的光谱理论，原子受到某种激励(如加高电压等)后开始做频率为v的简谐振动，处于振动状态的原子向外辐射频率也为v的光。稀薄气体的压强较小，原子之间的相互影响很小，辐射光的频率是单一的，其谱线是一条亮线;气体压强较大时，发光原子受到其他原子碰撞，使其振动频率不再是某一定值，而成为一个范围，辐射光的频率也成为一个范围，产生的谱线不再是一条线，而成为光谱带;当压强增大到一定程度后成为连续谱。

3.为什么在吸收光谱中看到的特征谱线比线状谱中的要少

线状谱的形成是处于高激发态的原子向低激发态或基态跃迁而产生的，所以在观察线状谱时既可以看到以激发态为下能级的谱线，也可以看到以基态为下能级的谱线。吸收光谱的形成，是连续光通过温度较低的气体，部分光被气体原子吸收而形成的。由于温度较低的气体原子处于基态，所以观察到的吸收光谱是以基态为下能级的谱线;在特殊情况下，如特高温时，才能观察到以激发态为下能级的谱线。所以，一般情况下吸收光谱中看到的特征谱线比在线状谱中的谱线要少。

4.太阳光谱是如何形成的

太阳从中心向外依次为:核反应区、光球、色球、日冕，其中光球、色球和日冕统称为太阳大气层。从太阳中心至太阳半径处，温度高达1500万摄氏度，压强达2500亿个大气压，此区域为核反应区，太阳所发射能量的99%在这里产生，但是，从核反应区发出的高频率的γ光子经过光球时几乎全被吸收，因而不能到达地球。光球吸收γ光子后以紫外线、可见光和红外线等形式照射到地球上，所以在地球上接收到的太阳光基本上是光球发出的。光球是太阳大气最低的一层，其温度随高度而变化，从内向外温度逐渐降低，在光球与色球的交界处，温度降到最低值，只有4000多摄氏度。光球温度较高处辐射的连续光，通过光球中温度较低的部分时被吸收，形成吸收光谱。由于太阳的吸收光谱是光球部分吸收而产生的，所以通过分析太阳的吸收光谱可以了解太阳光球的化学成分。

5.太阳光通过地球大气层时会被吸收吗

地球大气层对太阳光有吸收作用，地球大气中有各种气体成分以及水滴、尘埃等，它们对太阳光具有选择吸收的性质。由于这种选择吸收，使到达地球的太阳光谱中出现了许多吸收带和吸收线。由于地球大气中吸收物质的成分、含量及状态不同，吸收的光的波长和强弱也不同。太阳光经过地球大气层时，在波长小于0.29μm的波段中，吸收率接近1，也就是说，地球大气把太阳光谱中0.29μm以下的紫外辐射几乎全部吸收了。在红外区有很多很强的吸收带，而在可见光区，地球大气吸收很少，只有不强的吸收线和吸收带。中学阶段介绍的太阳光谱主要在可见光区，可以认为没有地球大气的吸收成分。

6.如何辨别太阳光谱中的暗线是地球大气吸收造成的还是太阳大气吸收造成的

在地面得到的太阳光谱，其中的暗线一部分是太阳大气吸收形成的，另一部分是地球大气吸收形成的，如何进行分辨呢?根据多普勒效应可知，天体远离观察者运动时，观察到的光谱波长相对于静止天体的光谱波长变长，天文学上称之为红移;天体朝向观察者运动时，观察到的光谱波长相对于静止天体的光谱波长变短，天文学上称之为蓝移。在地面上进行观察时，由于太阳的自转，太阳东边缘及其附近的大气层有趋近我们运动的速度分量，太阳光谱发生蓝移;西边缘及其附近的大气层有远离我们运动的速度分量，太阳光谱发生红移。将对着太阳东边缘和西边缘所拍摄的光谱照片进行对照，发生错动的谱线，是太阳大气层吸收产生的，没有发生错动的谱线是地球大气层吸收产生的。