譜線的形成和致寬

譜線是由某種體系的分立能級之間的躍遷形成的。如果E1和E2是某個體系的兩個分立能級，且E2＞E1，則當體系從E2向E1躍遷時，發射頻率為的輻射；反之，當體系從E1向E2躍遷時，吸收頻率為v的輻射。如果發射過程比吸收過程佔優勢，就會產生髮射線；反之，則產生吸收線。在恆星光譜中，譜線是由原子、離子和分子的分立能級之間的躍遷引起的。例如，太陽光譜中的D1、D2線和H、K線，分別是由鈉原子和鈣離子在分立能級間的躍遷造成的。在射電波段，也有譜線。例如中性氫21釐米譜線就是由氫原子的超精細結構能級之間的躍遷引起的。超精細結構能級是由於原子核的自旋量和電子總角動量之間的耦合產生的（見原子的超精細結構）。在星際雲中發現不少毫米波段的譜線，大多數的射電譜線是由各種星際分子的各個轉動能級躍遷形成的。在X射線和γ射線的高能波段也開始發現譜線。例如，在武仙座X-1的X射線譜中發現了58千電子伏的譜線，它可能是由在強磁場中運動的電子朗道能級之間的躍遷形成的。在NGC2756中發現能量為476千電子伏的γ射線的線狀譜，它可能是由電子對湮沒過程，e-+e+→2γ產生的。任何譜線都不是無限窄的，而總有一定的寬度。這種寬度一部分是由於觀測儀器的分辨本領總是有限引起的，另一部分則是天體輻射本身所具有的。這種譜線致寬的原因很多，但大體可以分成兩類：一類是由於形成譜線的微觀體系的能級本身不是無限窄的，而是有一定的寬度。有一定寬度的能級產生的譜線也必然具有一定的寬度，這種寬度稱為譜線的自然寬度。這種效應稱為輻射阻尼。另一類是由迭加造成的，因為我們觀測到的輻射是各個發射或吸收體系輻射的迭加。一般説來，各個發射或吸收體系所處的運動狀態以及與周圍物質的相互作用狀態各不相同，它們所發射或吸收的頻率也各不相同，這就引起譜線的致寬。熱動多普勒效應，碰撞阻尼、統計加寬、自轉、膨脹和湍動等都可以通過迭加效應使譜線變寬。 ^[1]