Читаем Курс теоретической астрофизики полностью

Формулой (14.16) определяется профиль линии поглощения, расширенной эффектом Штарка. Строго говоря, эта формула применима лишь к крыльям линии. Однако для центральных частей линии значения величины не существенны, так как для них >> и, следовательно,

величина

+

близка к 1.

При помощи формулы (14.16) получается следующее выражение для эквивалентной ширины линий:

W

=

(1-r

)

d

=

2,64

AD

.

(14.18)

Для каждой бальмеровской линии из наблюдений может быть найдена эквивалентная ширина W и величина A, представляющая собой центральную глубину линии (так как A1-r). Пользуясь этими значениями W и A, по формуле (14.18) можно найти величину D, а значит, и произведение nne/.

Для определения электронной концентрации ne необходимо предварительно найти величину n/ Чтобы сделать это, можно использовать высокие члены бальмеровской серии. Так как коэффициент поглощения быстро убывает с ростом номера линии, то для достаточно высоких членов серии будет выполняться неравенство . В этом случае эквивалентная ширина линии равна

W

=

A

n

k

d

=

A

n

h

B

k

.

(14.19)

Формула (14.19) даёт возможность найти величину n/, а формула (14.17) — величину ne.

Указанный способ определения величины ne имеет, однако, тот недостаток, что бальмеровские линии, для которых выполняется неравенство , в действительности могут не наблюдаться вследствие слияния этих линий, вызванного эффектами давления. Как мы помним, другой способ нахождения величины ne основан как раз на установлении номера последней наблюдаемой бальмеровской линии.

Наряду с линиями водорода в спектрах звёзд классов B и O присутствуют интенсивные линии гелия, являющегося, как известно, следующим по распространённости элементом после водорода. Спектр гелия гораздо сложнее спектра водорода, однако он довольно подробно изучен. Многие линии гелия подвержены эффекту Штарка (в одних случаях квадратичному, в других — линейному) и по расширению этих линий можно судить об ускорении силы тяжести в атмосфере звезды. Влияние эффекта Штарка на линии ионизованного гелия, присутствующие в спектрах звёзд класса O, может быть количественно изучено так же, как это делается в отношении линий водорода.

Как уже говорилось ранее (в § 5), в поверхностных слоях горячих звёзд некоторую роль в переносе энергии играет рассеяние излучения на свободных электронах. Этот процесс может заметно влиять на распределение энергии в непрерывном спектре звезды. В некоторых случаях его необходимо также учитывать при изучении линейчатых спектров горячих звёзд.

4. Звёзды поздних спектральных классов.

В спектрах звёзд поздних классов присутствуют многочисленные линии металлов. Так как потенциалы возбуждения металлов сравнительно малы, то в возбуждённых состояниях оказывается довольно много атомов. При переходах электронов из этих состояний и возникают линии, лежащие в видимой части спектра. При очень низких температурах в звёздных атмосферах образуется также большое число молекул. Поэтому в спектрах звёзд самых поздних классов видны интенсивные молекулярные полосы.

Для определения числа молекул в звёздной атмосфере пользуются «формулой диссоциации», аналогичной формуле ионизации (14.2). Пусть при встрече атомов A и B образуется молекула AB. Обозначим через nA, nB и nAB концентрации этих атомов и молекул. При термодинамическом равновесии имеем

nAnB

nAB

=

gAgB

gAB

2M

h^2

^3/

x

x

kTh^2

8^2I

1

+

exp

-

h

kT

exp

-

U

kT

,

(14.20)

где gA, gB, gAB —статистические веса основных состояний атомов A и B и молекулы AB, M — приведённая масса, I — момент инерции, — основная частота колебаний атомов в молекуле, U — энергия диссоциации молекулы. Величины M и I, как известно, равны

M

=

MAMB

MA+MB

,

I

=

Mr^2

,

(14.20)

где r — равновесное расстояние между ядрами атомов A и B.

В таблице 17 для некоторых молекул приведены значения параметров, входящих в формулу (14.20). При этом энергия диссоциации U дана в электронвольтах, приведённая масса M — в атомных единицах массы, расстояние между ядрами r — в ангстремах.

Таблица 17

Некоторые параметры молекул

Молекула

Энергия

диссоциации

Приведённая

масса

Расстояние

между ядрами

H

 4,48

0,504

0,742

C

 6,3

6,002

1,312

CH

 3,47

0,930

1,120

CO

11,1

6,858

1,209

CN

 7

6,464

1,172

NH

 3,6

0,940

1,038

O

 5,08

8,000

1,207

OH

 4,37

0,948

0,971

TiO

 6

11,998

1,620

ZrO

 7

13,584

1,42

Вычисления по формуле (14.20) показывают, что в атмосферах холодных звёзд (с температурами порядка 2000—3000 К) должно находиться много различных молекул. С увеличением температуры число молекул в атмосферах убывает. Однако даже при температурах порядка 5000 K в атмосферах должно находиться ещё достаточное число молекул, чтобы они могли быть обнаружены при наблюдениях. В самом деле, в спектре Солнца наблюдается большое число слабых молекулярных полос.

Перейти на страницу:

Похожие книги

100 великих научных открытий
100 великих научных открытий

Астрономия, физика, математика, химия, биология и медицина — 100 открытий, которые стали научными прорывами и изменили нашу жизнь. Патенты и изобретения — по-настоящему эпохальные научные перевороты. Величайшие медицинские открытия — пенициллин и инсулин, группы крови и резусфактор, ДНК и РНК. Фотосинтез, периодический закон химических элементов и другие биологические процессы. Открытия в физике — атмосферное давление, инфракрасное излучение и ультрафиолет. Астрономические знания о магнитном поле земли и законе всемирного тяготения, теории Большого взрыва и озоновых дырах. Математическая теорема Пифагора, неевклидова геометрия, иррациональные числа и другие самые невероятные научные открытия за всю историю человечества!

Дмитрий Самин , Коллектив авторов

Астрономия и Космос / Энциклопедии / Прочая научная литература / Образование и наука
Теория струн и скрытые измерения Вселенной
Теория струн и скрытые измерения Вселенной

Революционная теория струн утверждает, что мы живем в десятимерной Вселенной, но только четыре из этих измерений доступны человеческому восприятию. Если верить современным ученым, остальные шесть измерений свернуты в удивительную структуру, известную как многообразие Калаби-Яу. Легендарный математик Шинтан Яу, один из первооткрывателей этих поразительных пространств, утверждает, что геометрия не только является основой теории струн, но и лежит в самой природе нашей Вселенной.Читая эту книгу, вы вместе с авторами повторите захватывающий путь научного открытия: от безумной идеи до завершенной теории. Вас ждет увлекательное исследование, удивительное путешествие в скрытые измерения, определяющие то, что мы называем Вселенной, как в большом, так и в малом масштабе.

Стив Надис , Шинтан Яу , Яу Шинтан

Астрономия и Космос / Научная литература / Технические науки / Образование и наука