Серия Лаймана

Се́рия Ла́ймана — серия спектральных линий в спектре атома водорода. Эта серия образуется при переходах электронов с возбуждённых энергетических уровней на первый невозбуждённый уровень основного состояния атома водорода в спектре излучения (эмисиионном спектре) и с первого уровня на все остальные в спектре поглощении.

Переход с ближайшего верхнего уровня на некоторый уровень во всех спектральных сериях водорода обозначается греческой буквой ${\displaystyle \alpha ,}$ со следующего — буквой ${\displaystyle \beta }$ и т. д. Для обозначения самой серии Лаймана используется либо латинская буква ${\displaystyle L}$, либо сокращение ${\displaystyle Ly}$. Таким образом, полное обозначение спектральной линии, возникающей при переходе электрона со второго уровня на первый — ${\displaystyle L_{\alpha }}$ или ${\displaystyle Ly}$_α (произносится: Лайман альфа), с третьего ${\displaystyle L_{\beta }}$ или ${\displaystyle Ly}$_β и т. д.

Серия названа в честь американского физика Теодора Лаймана, открывшего эту серию в 1906 году.

Формула Ридберга для серии Лаймана выглядит следующим образом:

${\displaystyle {1 \over \lambda }=R_{\text{H}}\left({\frac {1}{1^{2}}}-{\frac {1}{n^{2}}}\right)\qquad \left(R_{\text{H}}\approx 1{,}0968{\times }10^{7}\,{\text{m}}^{-1}\approx {\frac {13{,}6\,{\text{eV}}}{hc}}\right),}$

где ${\displaystyle n}$ — главное квантовое число — натуральное число большее либо равное 2;

${\displaystyle R_{H}}$ — постоянная Ридберга для атома водорода.

Самая коротковолновая граница серии Лаймана 91,175 нм, что соответствует энергии 13,6 эВ — минимальной энергии ионизации невозбуждённого атома водорода. С этой стороны в наблюдаемом спектре водорода к серии Лаймана примыкает сплошной спектр, соответствующей энергиям превышающим энергию связи электрона и протона в атоме водорода.

Все линии серии Лаймана находятся в ультрафиолетовом диапазоне:

n	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	${\displaystyle \infty }$
Длина волны, нм	121,6	102,5	97,2	94,9	93,7	93,0	92,6	92,3	92,1	91,9	91,15

Длина волны 91,15 нм называется пределом серии Лаймана. Самые древние звёзды состоят преимущественно из водорода, поэтому в их спектре нет спектральных линий короче этого предела. Вследствие этого резкое падение интенсивности их спектра в коротковолновой части может быть однозначно интерпретировано как наблюдение предела Лаймана. При этом из-за расширения Вселенной предел Лаймана испытывает красное смещение, которое может быть вычислено по наблюдаемой длине волны предела и известному значению для покоящегося относительно наблюдателя газа. Кроме того, существует связь между красным смещением и расстоянием до звезды. Таким образом, наблюдение предела Лаймана позволяет определять расстояние до далёких и древних звёзд.

Линии серии Лаймана представляют особый интерес для астрономов, изучающих звезды и галактики по красному смещению. Из-за красного смещения свет далёких галактик и квазаров находится частично в видимом или инфракрасном спектральном диапазоне, что позволяет исследовать крупномасштабное распределение водорода во Вселенной по анализу поглощения линии Лайман-альфа в межгалактическом нейтральном водороде даже наземными обсерваториями (см. Лес Лайман-альфа)^[1].

Ещё одна область применения — метеорология. Гигрометры, принцип действия которых основано на измерении интенсивности линии Лайман-α используются для измерения влажности верхних слоёв атмосферы, оборудование устанавливается на исследовательских самолётах^[2].

• Модель Бора
• Спектральные серии водорода
• Формула Бальмера — Ридберга
• Серия Бальмера
• Серия Пашена
• Серия Брэккета
• Серия Пфунда
• Лес Лайман-альфа
• Атом водорода

• Спектр водорода (анимация)