Запрещённые линии - NiNa.Az

Запрещённые ли́нии в спектроскопии — спектральные линии, соответствующие квантовым переходам, запрещённым правилами отбора, то есть такие переходы не запрещены другими законами, например, законами сохранения, но их вероятность очень мала.

Система энергетических уровней дважды ионизированного кислорода и переходы между ними, порождающие в спектре. Запрещённые переходы показаны зелёным цветом

Обычно запрещёнными называются линии, для которых не выполняются правила отбора для дипольного излучения, например линии, соответствующие переходам, разрешённым для или излучения. Такие запрещённые линии связаны с переходами между уровнями энергии с одинаковой чётности, запрещёнными для дипольного излучения. Вероятности запрещённых переходов (по сравнению с вероятностями разрешённых дипольных переходов) малы, но не равны нулю, и в благоприятных условиях интенсивность запрещённых линий может быть значительной.

Интенсивные запрещённые линии наблюдаются в спектрах туманностей и солнечной короны, а также в спектре полярных сияний. Эти линии долгое время не удавалось отождествить ни с одним из известных химических элементов и их приписывали гипотетическим элементам; линии в спектрах планетарных (газовых) туманностей — «небулию», а линии в спектре солнечной короны — «коронию». В 1920—1930-х годах было показано, что все ранее неотождествлённые интенсивные линии туманностей и солнечной короны являются запрещёнными линиями. Эти запрещённые линии наблюдаются благодаря разрежённости газа в космических условиях, так как за время жизни возбуждённого состояния (значительное вследствие малой вероятности запрещённых переходов, так называемые метастабильные состояния) возбуждённые атомы не успевают столкнуться с другими частицами и передать им энергию и, переходя на более низкие уровни, испускают фотоны.

В спектроскопии запрещённые линии принято обозначать символом элемента с указанием степени его ионизации римскими цифрами в квадратных скобках, например, линии метастабильных состояний нейтрального кислорода [O I], однократно ионизированного кислорода [O II] и т. д.

Интенсивные запрещённые линии в спектрах туманностей принадлежат ионизованным атомам кислорода (O²⁺ и O⁺) и азота (N⁺), а запрещённые линии в спектрах солнечной короны — сильно ионизованным атомам железа (Fe¹³⁺, Fe¹²⁺, Fe¹⁰⁺ и Fe⁹⁺) и никеля (Ni¹⁴⁺, Ni¹²⁺ и Ni¹¹⁺). Все эти линии соответствуют переходам между уровнями с одинаковой чётностью, принадлежащим внешним электронным оболочкам типа 2p², 2p³ (для ионов кислорода и азота) и типа 3p, 3p², 3p⁴ и Зр⁵ (для ионов железа и никеля). В частности, самая интенсивная зелёная линия «корония» 530,3 нм соответствует квантовому переходу 3p²P_3/2 — 3p²P_1/2 в 13-кратно ионизованном атоме железа (Fe¹³⁺) [Fe XIV].

Исследование интенсивностей запрещённых линий лежит в основе определения температур планетарных туманностей.

Запрещённые линии наблюдаются, к примеру, в спектрах B[e]-звёзд.

Примечания

1. Raju K. P., Desai J. N., Chandrasekhar T., Ashok N. M. The Excitation Mechanism of [Fe XIV] 5303 Å Line in the Inner Regions of Solar Corona (англ.) // J. Astrophys. Astr.. — 1991. — Vol. 12. — P. 311–317. — doi:10.1007/BF02702319. — Bibcode: 1991JApA...12..311R. Архивировано 24 сентября 2015 года.

Литература

• Ельяшевич М. А. Атомная и молекулярная спектроскопия. — М., 1962.
• Вайнштейн Л. А., Собельман И. И., Юков Е. А. Возбуждение атомов и уширение спектральных линий. — М., 1979.
• Борисоглебский Л. А. Запрещённые линии в атомных спектрах // Успехи физических наук. — 1958. — Т. 66. — С. 603—652.