譜線輪廓

理論上常假設原子能級是無限窄的，因此由能級間躍遷而產生的輻射是單色的。而由於原子處在某能級上有一定壽命，又受多普勒效應和其他微觀粒子的干擾等，實際觀察到的譜線卻具有一定的寬度，甚至發生移位。用I(v)曲線能夠表示譜線輪廓（見譜線增寬）。設譜線的總強度（簡稱為強度）為I，定義譜線單位頻率間隔中的強度為I(ν)，稱為譜強度。I(ν)與I的關係是：

I=∫I(ν)dv

積分遍及全譜線。函數I(ν)的形狀給出了譜線的輪廓。典型的譜線輪廓有兩種：洛倫茲型輪廓和高斯型輪廓。洛倫茲型譜線輪廓和高斯型譜線輪廓都是對稱的。在某些情況下，譜強度按頻率的分佈不對稱。 ^{[1]  [3]} 

原子吸收譜線的輪廓由吸收係數a(ν)給出。設譜強度為I₀(ν)的平行入射光通過厚度為l的吸收介質後，譜強度減為I(ν)，有關係：

I(ν)=I₀(ν)exp[－a(ν)l]

當a(ν)l很小時，I(ν)≈I₀(ν)[1－a(ν)]

所以，記錄光的譜強度變化，就可得到譜線輪廓。一般情況下，吸收譜線輪廓與發射譜線輪廓相同。 ^[1] 

譜線強度I(v)降落到極大值I(v_o)一半時所對應的兩個頻率（或波長）之間的間隔稱譜線寬度（又稱半高全寬）。 ^[3] 

譜線輪廓通常用來描述光譜線的能量隨波長的相對分佈。設I_v和F_v表示譜線內頻率 v處的輻射強度和輻射流（見輻射轉移理論），I^*、F^*表示同一頻率處連續光譜的對應量。 r_v=F_v/F^*或r_v=I_v/I^*稱為剩餘強度。以R_v表示譜線內頻率v處的深度，它與剩餘強度r_v之間的關係為R_v=1－r_v。以r_v為縱座標，v為橫座標作圖，所得的剩餘強度r_v隨頻率變化的曲線就是譜線輪廓。吸收線的譜線輪廓與連續光譜背景所包圍的面積，是譜線內吸收的全部能量的一種量度，故稱總吸收。它表示恆星光譜裏吸收線的強弱，面積越大，吸收線就越強。也可以用一個面積相等的、高度為 1的矩形表示總吸收。這時矩形的寬度在數值上等於總吸收，故總吸收又有等值寬度（用W_v表示）之稱。若橫座標改用波長λ，則對應的剩餘強度和等值寬度用r_λ和W_λ表示。用有縫攝譜儀所得的譜線輪廓常為狹縫寬度和衍射現象所歪曲。假定譜線是無限窄的，觀測到的卻總是有一定寬度的譜線輪廓，這種輪廓稱為儀器輪廓。實際觀測到的譜線輪廓是儀器輪廓和真譜線輪廓的迭加。為了得到真譜線輪廓，必須在觀測到的譜線輪廓中扣去儀器輪廓的影響。影響譜線輪廓的因素有輻射阻尼、多普勒效應、壓力效應、恆星自轉、恆星大氣的膨脹和湍動等。 ^[2]