Facharbeit Im Leistungskurs Physik Aufnahme und Auswertung von ...

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Wenn vor dem Verlassen der Atmosphäre Strahlung bestimmter Energie, die genau der
Differenz zwischen zwei Energieniveaus eines Teilchens (Atom, Ion, Molekül) entspricht, auf
ein solches trifft, dann wird die gesamte Energie des Photons zur Anregung verwendet. Da der
neue Energiezustand instabil ist, kann er nur für kurze Zeit aufrechterhalten werden (10 -8 s).
Das Teilchen wird spontan unter Abgabe eines Photons der entsprechenden Energie auf einen
niedrigeren Energiezustand zurückfallen. Die Richtung, in die dieses Photon gestrahlt wird, ist
allerdings vom Zufall bestimmt. Wenn große Teile der Strahlung bestimmter Energie beim
Durchgang durch eine Schicht von Teilchen absorbiert und wieder emittiert werden, ist die
zunächst nach außen gerichtete Strahlung also in alle 3 Raumdimensionen gestreut. In dem
uns erreichenden Kontinuum hat die Strahlung mit der dieser Energie entsprechenden
Wellenlänge eine geringere Intensität, es treten dunkele Absorptionslinien im Spektrum auf.
3. Identifizierung von Linien
Da bestimmte Energieübergänge bestimmten Teilchen zugeordnet werden können, lässt sich
durch das Auftreten von Absorptionslinien die Existenz eines Stoffes in der Sternatmosphäre
nachweisen. Die für bestimmte Elemente charakteristischen Linien lassen sich theoretisch
berechnen und im Labor experimentell überprüfen. Ein einfaches Beispiel ist die Formel für
die Balmerlinien, die Übergängen im Wasserstoff von dem Energieniveau n = 2 entsprechen.
Diese 1884 von Johann Balmer [vgl. Tipler, 1994, 1206] rein empirisch gefundene Formel
konnte später theoretisch auf der Grundlage des Bohr’schen Atommodells bestätigt werden.
Wenn man nun im Spektrum eines Sterns bei Wellenlängen (werden in der Spektroskopie in
der Regel in der Einheit Ångström (1Å=10 -10 m) angegeben), die den nach der Balmerformel
berechneten entsprechen, Absorptionslinien erkennt, weiß man, dass in der Atmosphäre
Wasserstoff vorhanden ist.
Bei Molekülen sind die Absorptionslinien besonders kompliziert. Sie treten stets in „Banden“
auf. Das heißt, dass eine Vielzahl von Linien dicht nebeneinander liegt, die alle auf den
gleichen Elektronenbahnübergang zurückzuführen sind. Die Unterschiede bestehen in einer
molekülspezifischen energetischen Eigenart. [vgl. Kaler, 1994, 68]