Геннадий Михайлович Никольский - Солнечная корона и межпланетное пространство

изложены некоторые сведения о спект­
рах атомов, и читатель, знакомый с основами спектраль­
ного анализа, может пропустить этот раздел.
Теория спектров. Согласно модели атома, предло­
женной Нильсом Бором, вокруг ядер, имеющих в зави­
симости от вида элемента различные положительные
заряды и веса, по эллиптическим орбитам обращаются
электроны. Атом, поглотивший энергию за счет соударе­
ния с другими частицами (с электронами процесс наи­
более эффективен) или со световой частицей
квантом
(фотоном), становится возбужденным. Это состояние
характеризуется переходом на более удаленную орбиту.
Возбужденный атом, как правило, «живет» недол­
го, обычно около стомиллионной доли секунды, пере­
ходя в первоначальное основное состояние. При этом
спонтанном переходе излучается квант света, энер­
гия которого определяется положением исходной и ко­
нечной орбит, или, как принято говорить, разностью
энергий уровней атома.
Атомный переход может произойти и без излучения
(такой переход называется вынужденным переходом
или гашением возбуждения), если возбужденный атом
вновь столкнется с частицей, например, со свободным
электроном. Энергия возбуждения идет при этом на
увеличение кинетической энергии свободной частицы.
Существуют возбужденные состояния (орбиты электро­
нов), в которых атом находится необычно долгое время
(от долей секунды до часов и более). Такие состояния
6

называются метастабильными, а переход на лю­
бую более низкую орбиту — «запрещении м».
Согласно квантовой механике возбужденные состоя­
ния не могут характеризоваться любой энергией (или
любой орбитой), а существуют определенные дискретные
(квантовые) уровни. При этом разность энергий между
соседними уровнями уменьшается по квадратичному за­
кону по мере удаления от основной орбиты и стремится
в пределе к нулю. Энергетическому уровню с номером
«бесконечность» соответствует энергия, необходимая
для ионизации атома, Ем . Если атом поглотит энергию,
большую Ес , то его электрон становится свободным
(как говорят, «переходит в континуум»). В реальном
случае число уровней ограничено, что связано с сущест­
вованием ансамбля атомов, которые оказывают влияние
друг на друга. Энергия
также называется потен­
циалом ионизации и чаще всего выражается в электрон­
вольтах. Например, для того чтобы ионизовать невозму­
щенный атом водорода, ему нужно сообщить энергию в
13,6 эВ или более.
Каждый из возможных энергетических уровней ха­
рактеризуется набором квантовых чисел, которым мо­
гут быть поставлены в соответствие механические ха­
рактеристики в планетарной атомной модели Бора:
1) главное квантовое число п, определяющее энергию
уровня, т. е. радиус орбиты; 2) азимутальное квантовое
число I, характеризующее орбитальный момент движе­
ния электрона; 3) спиновый угловой момент 5, обуслов­
ленный вращением электрона вокруг его «оси». В спект­
роскопии чаще употребляется полный угловой момент
или внутреннее квантовое число / — I + 5.
Существуют и другие квантовые числа, являющиеся
производными перечисленных. Если на внешней орбите
(уровне) находится не один электрон, а несколько, то
характеристикой уровня в целом является сумма кван­
товых чисел всех, электронов.
Квантовые числа выражаются в атомных единицах
и представляют собой безразмерные величины, а для
азимутального квантового числа используют буквы: зна­
чениям I — 0, 1, 2, 3, 4... соответствуют 8, р, 2, для
ионов более низких стадий ионизации, чем РеХ1, нашел,
что переход 33Р2 — 33Р\ дает наблюдаемую линию
N1X111 5116 А, а Ф2 — 3Р} дает РеХ1 3987 А и N1X111
3643 А. Таким же образом Эдленом при рассмотрении
других изоэлектронных последовательностей были отож­
дествлены 19 корональных линий из 24, уверенно на­
блюденных к тому времени. Было установлено в короне
существование ионов железа, никеля, кальция и аргона,
находящихся в исключительно высоких стадиях иониза­
ции.
Эдлен вычислил эйнштейновские вероятности пере­
ходов, дающих корональные линии: они оказались в
сотни тысяч раз меньше, чем для «разрешенных» пере­
ходов, т. е. время «жизни» возбужденного коронального
иона составляет 0,001—0,1 с. Возбуждение корональных
линий, как было показано Эдленом, происходит в ос­
новном за счет столкновений ионов с электронами, т. е.,
как говорят, --">