A luz que os átomos emitem é composta de comprimentos de onda específicos, chamados linhas; observado por um espectroscópio, as linhas são, coletivamente, espectros atômicos.
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Em um átomo, os elétrons têm energias específicas e discretas. Quando um elétron transita ('salta') de um nível de energia para outro, emite (se passa de um nível mais alto para um mais baixo) ou absorve (vice-versa) a luz - um fóton - com um comprimento de onda específico e discreto. Em qualquer conjunto de condições (pressão, temperatura, intensidade do campo magnético, etc.), a coleção de todos esses comprimentos de onda específicos é o espectro do átomo ... então os espectros atômicos são os espectros de átomos!
Como os níveis de energia atômica dos elétrons são únicos para cada elemento, as linhas de um espectro (emissão ou absorção) podem ser usadas para identificar os elementos presentes na fonte (uma estrela, digamos) ou gás entre a fonte e nós (por exemplo, o interestelar). médio). Obviamente, para um objeto extragalático - um quasar, talvez - você precisa de mais de uma linha para fazer uma certa identificação ... porque o universo está se expandindo (e, portanto, você não sabe quanto apenas uma linha pode ter sido deslocada para o vermelho).
As transições eletrônicas de luz nos átomos produzidas podem não estar na parte visual do espectro eletromagnético, mas para átomos neutros ou que perderam apenas um ou dois elétrons (sim, 'espectros atômicos' também se refere ao espectro de linha de íons!) , a maioria das linhas está no UV, visual ou no infravermelho próximo. Para átomos altamente ionizados, as linhas são encontradas na região extrema de raios-X ou UV.
Como a intensidade relativa das linhas em um espectro atômico varia com a temperatura, a análise das linhas no espectro de uma estrela (por exemplo) pode fornecer uma estimativa da temperatura da superfície da estrela (fotosfera). A largura das linhas depende da pressão do gás; a estrutura das linhas depende da força do campo magnético; o ... (você entendeu) - os espectros atômicos são uma maravilhosa janela para as condições físicas de lugares distantes!
Procurando mais? Esta página da Universidade de Oregon tem uma boa e breve descrição dos espectros atômicos; Os modelos atômicos e espectros do Laboratório de Física abrangem o contexto histórico e um pouco mais da teoria.
Como os espectros atômicos desempenham um papel tão vital na astronomia óptica, não é de admirar que haja tantos artigos da Space Magazine envolvendo espectros atômicos! Aqui está uma seleção aleatória: novo estudo descobriu que a força fundamental não mudou ao longo do tempo, Spitzer descobre a região de formação precoce da galáxia e a nebulosa estranha ao redor da Eta Carinae.
O episódio Astronomy Cast Energy Levels and Spectra é sobre espectros atômicos. Outros episódios do elenco de astronomia que valem a pena ser ouvidos, em relação aos espectros atômicos, incluem astronomia óptica e Em busca de outros mundos.
Fontes:
GSU Hyperphysics
NIST
