Механизм излучения водорода

Теорема Росселанда объясняет только общие черты свечения туманностей, но в действительности туманность с. остоит из смеси разных атомов, из которых каждый имеет не три, а много энергетических состояний, и притом излучаются как разрешенные, так и запрещенные линии. Кроме того, излучение туманности вызывает разные процессы в ней самой и потому механизм свечения туманностей должен быть изучен более подробно. Механизм излучения водорода был в основных чертах выяснен Цанстра.

Как уже говорилось, туманности очень прозрачны для видимого света, но они прозрачны, в частности, и в частотах, поглощаемых атомом в возбужденных состояниях, т. е. в частотах субординатных серий, которыми для водорода являются бальмеровская, пашеновская и другие серии. Между тем туманность, хотя и разреженная, но занимающая огромный объем, непрозрачна для частот, поглощаемых атомом в основном его состоянии, т. е. для водорода — для частот лаймановской серии.

Это происходит потому, что вследствие разжиженности излучения атомы редко сталкиваются с квантами и редко возбуждаются, присваивая энергию последних, так что большинство нейтральных атомов остается в основном, невозбужденном состоянии. Значит, случаи возбуждения из второго и других, уже возбужденных состояний атома очень редки, т. е. возбуждения происходят преимущественно из низшего состояния, чему соответствует поглощение частот лаймановской: серии.

Но коэффициент поглощения водорода в первых линиях серии Лаймана в 104—105 раз больше чем тотчас же за границей этой серии. Между тем большая интенсивность линий Бальмера заставила допустить, что оптическая толщина туманности за границей серии Лаймана около единицы или больше. В линиях же серии Лаймана она на основании только что сказанного должна быть еще в 104—1C5 раз больше, т. е. в них туманность будет практически непрозрачна.

Легко показать, что каждый ультрафиолетовый квант Lc из непрерывного спектра звезды за пределом серии Лаймана порождает рано или поздно один же квант серии Бальмера,— квант в одной из ее линий.

В самом деле, поглощенный Lc квант ионизирует атом водорода из нижнего состояния, и потом, при рекомбийации последнего, электрон либо сразу попадает опять на нижний уровень, излучив квант Lc, либо будет падать каскадно, в чем ему редко помешает столкновение с частицей или фотоном. Первый случай ничего не изменит, второй же в конце цепи переходов приведет к излучению какого-либо кванта в линии лаймановской серии.