La lumière que dégagent les atomes est constituée de longueurs d'onde spécifiques, appelées raies; observées par un spectroscope, les raies sont, collectivement, des spectres atomiques.
Plus en détail …
Dans un atome, les électrons ont des énergies spécifiques et discrètes. Lorsqu'un électron passe («saute») d'un niveau d'énergie à un autre, il émet (s'il passe d'un niveau supérieur à un niveau inférieur) ou absorbe (vice versa) la lumière - un photon - avec une longueur d'onde spécifique discrète. Dans n'importe quel ensemble de conditions (pression, température, intensité du champ magnétique, etc.), la collecte de toutes ces longueurs d'onde spécifiques est le spectre de l'atome… donc les spectres atomiques sont les spectres des atomes!
Comme les niveaux d'énergie des électrons atomiques sont uniques à chaque élément, les raies d'un spectre (émission ou absorption) peuvent être utilisées pour identifier les éléments présents dans la source (une étoile, par exemple) ou le gaz entre la source et nous (par exemple l'interstellaire moyen). Bien sûr, pour un objet extragalactique - un quasar, peut-être - vous avez besoin de plus d'une ligne pour faire une certaine identification ... parce que l'univers est en expansion (et donc vous ne savez pas combien une seule ligne peut avoir été décalée vers le rouge).
Les transitions électroniques légères dans les atomes produits peuvent ne pas se trouver dans la partie visuelle du spectre électromagnétique, mais pour les atomes qui sont neutres ou qui n'ont perdu qu'un ou deux électrons (oui, `` spectres atomiques '' fait également référence au spectre linéaire des ions!) , la plupart des lignes sont dans les UV, le visuel ou le proche infrarouge. Pour les atomes hautement ionisés, les raies se trouvent dans la région extrême des rayons UV ou des rayons X.
Comme l'intensité relative des raies dans un spectre atomique varie avec la température, l'analyse des raies dans le spectre d'une étoile (disons) peut donner une estimation de la température de la surface de l'étoile (photosphère). La largeur des lignes dépend de la pression du gaz; la structure des lignes dépend de l'intensité du champ magnétique; le… (vous avez l'idée) - les spectres atomiques sont une merveilleuse fenêtre sur les conditions physiques d'endroits très loin!
Vous en voulez plus? Cette page Web de l'Université de l'Oregon contient une bonne description brève des spectres atomiques; et les modèles et spectres atomiques du Physics Lab couvrent à la fois le contexte historique et un peu plus de la théorie.
Alors que les spectres atomiques jouent un rôle si vital en astronomie optique, il n'est pas étonnant qu'il y ait autant d'articles de Space Magazine sur les spectres atomiques! Voici une sélection aléatoire: une nouvelle étude trouve que la force fondamentale n'a pas changé au fil du temps, Spitzer découvre la première région de formation de la galaxie et une étrange nébuleuse autour d'Eta Carinae.
L'épisode Astronomy Cast Energy Levels and Spectra concerne les spectres atomiques. D'autres épisodes d'Astronomy Cast valent la peine d'être écoutés, en ce qui concerne les spectres atomiques, notamment Optical Astronomy et In Search of Other Worlds.
Sources:
Hyperphysics GSU
NIST
