电子吸收光谱应用物理小科普：什么是吸收光谱？|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

物理小科普：什么是吸收光谱？

物质可以发射光线，同样，物质也能够吸收光线。在天文学中，这通常是白光（可能来自太阳表面或者其它普通的恒星）穿过薄薄的气体云所产生的现象。

因此，天文学家们观察不是一个从红到紫的连续光谱，而是缺少了很多颜色谱线的光谱。在这里面，颜色暗淡的谱线才会占据它们的一席之地，被人们所观察到。

大约1802年，英国科学家William Hyde Wollaston第一次注意到这一点。事实上，太阳光谱是间断的，不连续的，并且很多黑色的谱线打断了颜色的排列与展开。但是沃拉斯顿却并不明白这到底怎么回事。

1814年，德国光学家Josef von Fraunhofer 也在太阳光谱中注意到了同样的黑色谱线。尽管不知道它们究为何物，他还是着手开始测量它们的位置并且编号为324。

1859年德国物理学家Gustav Robert Kirchhoff 发现Fraunhofer研究的这些黑色谱线跟那些由某些化学元素发射出来的明亮的谱线原理一致。在他看来，这些黑色谱线由一些存在于太阳大气层中，并且吸收某些大气层表面发射的谱线的特殊化学物质发射的。

Kirchhoff给这种类型的光谱取名为吸收光谱。不太幸运的的是，他并没有弄清楚这种物质是怎样吸收这样的谱线的。

1860年，意大利天文学家Giovanni Battista Donati萌生了一个想法，他把一个分光镜和他的望远镜安装在了一起。他研究了十五个左右星体的光谱并且于1863年公布了他的研究结果。在他之后，还有英国天文业余爱好者William Huggins，美国天文学家Lewis Morris Rutherfurd和意大利天文学家Angelo Secchi独立自主孜孜不倦地研究着太阳，行星，月亮和恒星。

这些研究者是第一批从恒星的发射光线中提取信息的人员，这本身就是一场革命。在他们之后，同样有着另一批天文学家前赴后继为研究做出努力并且发射光谱的研究也纳入了天文学的主要研究的分支。尽管有了一些突破，但是对于物质光线的吸收的解释仍然还是很匮乏。

谜底最终于1913年被丹麦科学家Niels Henrik David Bohr公布于世。Bohr制作了一个新的原子模型。在这个模型里，原子的原子核周围的特殊轨道被由原子产生的带负电荷的电子占据着。

根据他的观点，随着电子占据的轨道离原子核越来越远，他的能量也越来越大，因为，为了停留在原有的轨道上面，它必须有足够的能量来补偿这与原子核分开的越来越远的距离。

因此，当一个冷的物体被加热的时候，一些电子会倾向于从离原子核近的轨道（所需能量较少）到一条离原子核远的轨道（所需能量较多）上去。为了成功跨越到另一条轨道上去，每一个电子必须增加他的能量以便于和它将要占据的轨道所需能量一致。

Bohr提出这是以Planck 和Einstein所描绘的小《能量包》的形式，换句话说是以光子或者光的微粒的形式，一个电子吸收它剩余的能量。

这样的一个情况存在于当光线从恒星（比如太阳）表面发射，穿过比它温度更低的大气层气体中。事实上，大气会吸收从星体发射的白光光线的一部分，这就产生了有黑色谱线的颜色光谱或者说是吸收光谱，这也是存在于气体中特有的一种化学现象。

星体光谱的研究向我们描述了大气的化学构成。

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

translate: FrédéricZFW

author: astro

如有相关内容侵权，请于三十日以内联系作者删除

转载还请取得授权，并注意保持完整性和注明出处

闻香识女人，测光识元素——吸收光谱

物质能够发射光，也能吸收光。在天文学领域中，光的吸收现象相当普遍，例如由恒星发射的一束白光（连续波长的光）穿过气体或尘埃时就会发生吸收。对于一束白光来说其吸收特征与其光源几乎无关，只和光穿透的物质有关，这一性质奠定了吸收光谱法的基础。

在对一束穿过被测物的白光进行光谱分析时，科学家观察从短波长波不同波长的光，即“连续光谱”，连续光谱中缺失的颜色，也就是连续光谱上的“暗线”，这些暗线的位置（波长）就蕴含着被测物的信息。

光谱分析的历史可以追溯到1802年，当时一名英国的化学家威廉·海德·沃拉斯顿第一次记载了太阳光中存在的吸收光谱。当时沃拉斯顿发现太阳的连续光谱中有几条暗线，将光谱分割成了几段，然而这一奇怪的现象并未引起他的重视。

1814年，德国的眼镜师约瑟夫·冯·夫郎和费利用他发明的分光仪观察到了同样的暗线，并立即着手测量这些暗线的波长，记录下了574条太阳光中的暗带。这些暗线后来被称为“夫郎和费线”

到了1859年，德国物理学家古斯塔夫·罗伯特·基尔霍夫提出的理论认为，夫郎和费线源于太阳大气中的元素，即太阳中发出白光的元素同时也特征性地产生了夫郎和费暗线，每一条线都特定对应着太阳大气中的某种元素。

基尔霍夫将这种不连续光谱命名为“吸收光谱”，但当时他并没能研究出物质吸收特定波长光的原因。

1860年，意大利天文学家乔瓦尼·巴蒂斯塔·多纳蒂突发奇想将观察光谱的分光镜装到天文望远镜上，并用这台改装仪器观测了接近当时已知的十五分之一的恒星，于三年后将这一庞大的观测数据公之于众。在实行计划的三年间他得到了各有专攻的数个天文爱好者的支持，包括英国的威廉·赫金斯，美国的刘易斯·莫里斯·卢瑟福还有意大利的安杰洛·萨奇。

然而就是这样一伙“二流队伍”，给光谱分析理论带来了革命性的进展，他们首次将光的“发射”和“吸收”划分为两种现象。也就是说，发射光和吸收光分别包含着不同的信息。这一进展很快得到了许多科学家的认可，最终使得吸收光谱学从主流天文学中分离出来，变成了新的学科。尽管如此，吸收光的微观机理仍然是个谜。

这个谜团一直困扰人们直到1913年。丹麦物理学家尼尔斯·亨利克·戴维·玻尔的研究进展从原子层面揭示了吸收光谱的秘密。玻尔建立的原子理论模型包含带负电的电子和带正电的原子核，这些电子占据着原子核周围的特定轨道。随着时间推移，电子会逐渐远离原子核，其携带的能量也越来越高。为了达到更高的轨道，电子必须获得与轨道相对应的能量。玻尔认为这些能量来源于某种形式的“光量子”，正如普朗克、爱因斯坦理论中的“量子”，也就是说这些“光子”带来了电子提升轨道所需的特定能量。这一过程就是光的吸收，由于不同元素、不同电子、不同轨道具有的能量千差万别，电子吸收的光子也千差万别，因此产生了特征吸收光谱。