वर्णक्रमीय रेखा

एक वर्णक्रमीय रेखा एक समान और निरंतर स्पेक्ट्रम में एक कमजोर या मजबूत क्षेत्र है, जिसके परिणामस्वरूप उत्सर्जन (विद्युत चुम्बकीय विकिरण) या संकीर्ण आवृत्ति रेंज में प्रकाश का अवशोषण (विद्युत चुम्बकीय विकिरण) होता है, जो निकटवर्ती आवृत्तियों की तुलना में होता है। वर्णक्रमीय रेखाएँ अक्सर परमाणुओं और अणुओं की पहचान करने के लिए उपयोग की जाती हैं। इन उंगलियों के निशान की तुलना पहले के परमाणुओं के एकत्र किए गए लोगों से की जा सकती है और अणु, और इस प्रकार सितारों और ग्रहों के परमाणु और आणविक घटकों की पहचान करने के लिए उपयोग किया जाता है, जो अन्यथा असंभव होता।

लाइन स्पेक्ट्रा के प्रकार
स्पेक्ट्रल रेखाएं क्वांटम यांत्रिकी (आमतौर पर परमाणु, लेकिन कभी-कभी अणु या परमाणु नाभिक) और एक फोटॉन के बीच बातचीत का परिणाम होती हैं। जब एक फोटॉन में सही मात्रा में फोटॉन ऊर्जा होती है (जो इसकी आवृत्ति से जुड़ी होती है) सिस्टम की ऊर्जा स्थिति में परिवर्तन की अनुमति देने के लिए (परमाणु के मामले में यह आमतौर पर ऋणावेशित सूक्ष्म अणु का विन्यास बदलने वाला इलेक्ट्रॉन होता है), फोटॉन अवशोषित होता है। तब ऊर्जा अनायास पुन: उत्सर्जित हो जाएगी, या तो एक फोटॉन के रूप में एक ही आवृत्ति पर मूल एक के रूप में या एक कैस्केड में, जहां उत्सर्जित फोटॉनों की ऊर्जा का योग अवशोषित एक की ऊर्जा के बराबर होगा (माना जाता है) सिस्टम अपनी मूल स्थिति में लौट आता है)।

एक वर्णक्रमीय रेखा या तो उत्सर्जन रेखा या अवशोषण रेखा के रूप में देखी जा सकती है। किस प्रकार की रेखा देखी जाती है यह किसी अन्य उत्सर्जन स्रोत के सापेक्ष सामग्री के प्रकार और उसके तापमान पर निर्भर करता है। एक अवशोषण रेखा तब उत्पन्न होती है जब एक गर्म, व्यापक स्पेक्ट्रम स्रोत से फोटॉन एक कूलर सामग्री से गुजरते हैं। सामग्री द्वारा अवशोषण और यादृच्छिक दिशाओं में पुन: उत्सर्जन के कारण एक संकीर्ण आवृत्ति रेंज में प्रकाश की तीव्रता कम हो जाती है। इसके विपरीत, एक उज्ज्वल उत्सर्जन रेखा उत्पन्न होती है जब एक गर्म सामग्री से फोटॉन का पता लगाया जाता है, शायद कूलर स्रोत से एक व्यापक स्पेक्ट्रम की उपस्थिति में। गर्म सामग्री द्वारा उत्सर्जन के कारण एक संकीर्ण आवृत्ति रेंज में प्रकाश की तीव्रता बढ़ जाती है।

वर्णक्रमीय रेखाएँ अत्यधिक परमाणु-विशिष्ट होती हैं, और किसी भी माध्यम की रासायनिक संरचना की पहचान करने के लिए इसका उपयोग किया जा सकता है। स्पेक्ट्रोस्कोपिक साधनों द्वारा हीलियम, थालियम और सीज़ियम सहित कई तत्वों की खोज की गई। वर्णक्रमीय रेखाएँ सामग्री के तापमान और संख्या घनत्व पर भी निर्भर करती हैं, इसलिए वे व्यापक रूप से सितारों और अन्य खगोलीय पिंडों की भौतिक स्थितियों को निर्धारित करने के लिए उपयोग की जाती हैं जिनका विश्लेषण अन्य तरीकों से नहीं किया जा सकता है।

सामग्री और इसकी भौतिक स्थितियों के आधार पर, शामिल फोटॉन की ऊर्जा व्यापक रूप से भिन्न हो सकती है, जिसमें रेडियो तरंगों से लेकर गामा किरणों तक विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम में वर्णक्रमीय रेखाएँ देखी जाती हैं।

नामकरण
स्पेक्ट्रम के दृश्यमान स्पेक्ट्रम भाग में मजबूत वर्णक्रमीय रेखाओं में अक्सर एक अद्वितीय फ्राउनहोफर लाइन पदनाम होता है, जैसे कि एकल-आयनित कैल्शियम से निकलने वाली 393.366 एनएम पर एक पंक्ति के लिए K+, हालांकि फ्रौनहोफर की कुछ पंक्तियाँ कई अलग-अलग रासायनिक प्रजातियों से कई लाइनों का मिश्रण हैं। अन्य मामलों में, रासायनिक तत्व के पदनाम में एक लोहा अंक जोड़कर रेखाओं को आयनीकरण के स्तर के अनुसार नामित किया जाता है। तटस्थ परमाणुओं को रोमन अंक I, अकेले आयनित परमाणुओं को II, और इसी तरह से दर्शाया जाता है, ताकि, उदाहरण के लिए, Fe IX आठ गुना आयनित लोहे का प्रतिनिधित्व करता है।

अधिक विस्तृत पदनामों में आमतौर पर लाइन तरंग दैर्ध्य शामिल होती है और इसमें मल्टीप्लेट संख्या (परमाणु रेखाओं के लिए) या आणविक स्पेक्ट्रा या बैंड स्पेक्ट्रा (आणविक रेखाओं के लिए) शामिल हो सकते हैं। परमाणु हाइड्रोजन की कई वर्णक्रमीय रेखाओं में उनके संबंधित हाइड्रोजन वर्णक्रमीय श्रृंखला के भीतर पदनाम भी होते हैं, जैसे कि लाइमैन श्रृंखला या बामर श्रृंखला। मूल रूप से सभी वर्णक्रमीय रेखाओं को श्रृंखला में वर्गीकृत किया गया था: प्रधान श्रृंखला, तीव्र श्रृंखला और डिफ्यूज़ श्रृंखला। ये श्रृंखला सभी तत्वों के परमाणुओं में मौजूद हैं, और सभी परमाणुओं के पैटर्न का Rydberg-Ritz संयोजन सिद्धांत | Rydberg-Ritz सूत्र द्वारा अच्छी तरह से अनुमान लगाया गया है। इन श्रृंखलाओं को बाद में सबऑर्बिटल्स से जोड़ा गया।

लाइन चौड़ीकरण और शिफ्ट
ऐसे कई प्रभाव हैं जो वर्णक्रमीय रेखा आकार को नियंत्रित करते हैं। एक वर्णक्रमीय रेखा आवृत्तियों की एक सीमा तक फैली हुई है, एक भी आवृत्ति नहीं है (अर्थात, इसकी एक गैर-शून्य लाइनविड्थ है)। इसके अलावा, इसके केंद्र को इसके नाममात्र केंद्रीय तरंग दैर्ध्य से स्थानांतरित किया जा सकता है। इस विस्तार और बदलाव के कई कारण हैं। इन कारणों को दो सामान्य श्रेणियों में विभाजित किया जा सकता है - स्थानीय परिस्थितियों के कारण विस्तार और विस्तारित स्थितियों के कारण विस्तार। स्थानीय परिस्थितियों के कारण विस्तार उन प्रभावों के कारण होता है जो उत्सर्जक तत्व के आसपास एक छोटे से क्षेत्र में होते हैं, आमतौर पर स्थानीय थर्मोडायनामिक संतुलन को सुनिश्चित करने के लिए काफी छोटा होता है। विस्तारित स्थितियों के कारण फैलाव विकिरण के वर्णक्रमीय वितरण में परिवर्तन के परिणामस्वरूप हो सकता है क्योंकि यह प्रेक्षक के लिए अपने पथ को पार करता है। यह कई क्षेत्रों से विकिरण के संयोजन के परिणामस्वरूप भी हो सकता है जो एक दूसरे से बहुत दूर हैं।

प्राकृतिक विस्तार
उत्तेजित अवस्थाओं के जीवनकाल के परिणामस्वरूप प्राकृतिक विस्तार होता है, जिसे आजीवन विस्तारण के रूप में भी जाना जाता है। अनिश्चितता सिद्धांत अपनी ऊर्जा की अनिश्चितता के साथ एक उत्तेजित अवस्था (स्वस्फूर्त उत्सर्जन या बरमा प्रभाव के कारण) के जीवनकाल से संबंधित है। कुछ लेखक विशेष रूप से सहज विकिरण संबंधी क्षय के कारण होने वाले प्राकृतिक विस्तार के हिस्से को संदर्भित करने के लिए रेडिएटिव ब्रॉडिंग शब्द का उपयोग करते हैं। एक छोटे जीवनकाल में बड़ी ऊर्जा अनिश्चितता और व्यापक उत्सर्जन होगा। इस व्यापक प्रभाव के परिणामस्वरूप एक अपरिवर्तित लोरेंट्ज़ियन फ़ंक्शन होता है। प्राकृतिक चौड़ीकरण को प्रयोगात्मक रूप से केवल उस हद तक बदला जा सकता है कि क्षय दर को कृत्रिम रूप से दबाया या बढ़ाया जा सकता है।

थर्मल डॉपलर चौड़ीकरण
एक गैस में परमाणु जो विकिरण उत्सर्जित कर रहे हैं, उनके वेगों का वितरण होगा। उत्सर्जित प्रत्येक फोटॉन पर्यवेक्षक के सापेक्ष परमाणु के वेग के आधार पर डॉप्लर प्रभाव द्वारा लाल - या नीला - स्थानांतरित हो जाएगा। गैस का तापमान जितना अधिक होगा, गैस में वेगों का वितरण उतना ही व्यापक होगा। चूँकि वर्णक्रमीय रेखा सभी उत्सर्जित विकिरणों का एक संयोजन है, गैस का तापमान जितना अधिक होगा, उस गैस से निकलने वाली वर्णक्रमीय रेखा उतनी ही व्यापक होगी। इस व्यापक प्रभाव को गाऊसी समारोह द्वारा वर्णित किया गया है और इसमें कोई संबद्ध बदलाव नहीं है।

दबाव का विस्तार
आस-पास के कणों की उपस्थिति एक व्यक्तिगत कण द्वारा उत्सर्जित विकिरण को प्रभावित करेगी। दो सीमित मामले हैं जिनके द्वारा ऐसा होता है:

प्रेशर ब्रॉडिंग को भी परेशान करने वाले बल की प्रकृति के अनुसार वर्गीकृत किया जा सकता है:
 * इम्पैक्ट प्रेशर ब्रॉडिंग या कोलिज़ल ब्रॉडिंग: प्रकाश उत्सर्जक कण के साथ अन्य कणों की टक्कर उत्सर्जन प्रक्रिया को बाधित करती है, और प्रक्रिया के लिए विशिष्ट समय को छोटा करके, उत्सर्जित ऊर्जा में अनिश्चितता को बढ़ाती है (जैसा कि प्राकृतिक विस्तार में होता है)। टक्कर की अवधि उत्सर्जन प्रक्रिया के जीवनकाल से बहुत कम है। यह प्रभाव गैस के घनत्व और तापमान दोनों पर निर्भर करता है। व्यापक प्रभाव एक लोरेंत्ज़ियन फ़ंक्शन द्वारा वर्णित है और एक संबद्ध बदलाव हो सकता है।
 * अर्धस्थैतिक दाब विस्तारण: अन्य कणों की उपस्थिति उत्सर्जक कण में ऊर्जा के स्तर को बदल देती है, जिससे उत्सर्जित विकिरण की आवृत्ति में परिवर्तन होता है। प्रभाव की अवधि उत्सर्जन प्रक्रिया के जीवनकाल की तुलना में बहुत अधिक है। यह प्रभाव गैस के घनत्व पर निर्भर करता है, लेकिन तापमान के प्रति असंवेदनशील है। लाइन प्रोफाइल का रूप परेशान कण से दूरी के संबंध में परेशान बल के कार्यात्मक रूप से निर्धारित होता है। लाइन सेंटर में भी बदलाव हो सकता है। अर्धस्थैतिक दाब विस्तारण से उत्पन्न रेखाओं की आकृति के लिए सामान्य अभिव्यक्ति गॉसियन वितरण का एक 4-पैरामीटर सामान्यीकरण है जिसे स्थिर वितरण के रूप में जाना जाता है।


 * रेखीय स्टार्क प्रसार रेखीय स्टार्क प्रभाव के माध्यम से होता है, जो किसी दूरी पर आवेशित कण के विद्युत क्षेत्र के साथ उत्सर्जक के संपर्क के परिणामस्वरूप होता है $$r$$, ऊर्जा में बदलाव का कारण बनता है जो क्षेत्र की ताकत में रैखिक होता है। $$(\Delta E \sim 1/r^2)$$
 * अनुनाद प्रसार तब होता है जब परेशान करने वाला कण उत्सर्जक कण के समान प्रकार का होता है, जो ऊर्जा विनिमय प्रक्रिया की संभावना का परिचय देता है। $$(\Delta E \sim 1/r^3)$$
 * द्विघात स्टार्क विस्तार द्विघात स्टार्क प्रभाव के माध्यम से होता है, जो एक विद्युत क्षेत्र के साथ एक उत्सर्जक की बातचीत से उत्पन्न होता है, जिससे क्षेत्र की ताकत में द्विघात ऊर्जा में बदलाव होता है। $$(\Delta E \sim 1/r^4)$$
 * वैन डेर वाल्स का विस्तार तब होता है जब उत्सर्जक कण वैन डेर वाल का बल द्वारा परेशान हो रहे हैं। अर्धस्थैतिक मामले के लिए, एक लेवी वितरण प्रोफ़ाइल का वर्णन करने में अक्सर उपयोगी होता है। परस्पर क्रिया करने वाले कणों के बीच की दूरी के कार्य के रूप में ऊर्जा परिवर्तन को पंखों में उदा द्वारा दिया जाता है। लेनार्ड-जोन्स क्षमता। $$(\Delta E \sim 1/r^6)$$

अमानवीय विस्तार
अमानवीय व्यापकता व्यापकीकरण के लिए एक सामान्य शब्द है क्योंकि कुछ उत्सर्जित कण दूसरों से भिन्न स्थानीय वातावरण में होते हैं, और इसलिए एक अलग आवृत्ति पर उत्सर्जन करते हैं। यह शब्द विशेष रूप से ठोस पदार्थों के लिए उपयोग किया जाता है, जहां सतहें, अनाज की सीमाएं, और स्टोइकोमेट्री भिन्नता किसी दिए गए परमाणु के कब्जे के लिए विभिन्न प्रकार के स्थानीय वातावरण बना सकती हैं। तरल पदार्थों में, असमांगी विस्तार के प्रभाव को कभी-कभी एक प्रक्रिया द्वारा कम किया जाता है जिसे गतिशील संकुचन कहा जाता है।

गैर-स्थानीय प्रभावों के कारण विस्तार
कुछ प्रकार के विस्तार अंतरिक्ष के एक बड़े क्षेत्र पर स्थितियों का परिणाम हैं, न कि केवल उन स्थितियों पर जो उत्सर्जक कण के लिए स्थानीय हैं।

अस्पष्टता का विस्तार
अपारदर्शिता व्यापकीकरण गैर-स्थानीय विस्तार तंत्र का एक उदाहरण है। अंतरिक्ष में एक विशेष बिंदु पर उत्सर्जित विद्युत चुम्बकीय विकिरण को अंतरिक्ष के माध्यम से यात्रा के रूप में पुन: अवशोषित किया जा सकता है। यह अवशोषण तरंग दैर्ध्य पर निर्भर करता है। लाइन को चौड़ा किया जाता है क्योंकि लाइन के पंखों पर फोटॉनों की तुलना में लाइन सेंटर के फोटॉनों में पुन: अवशोषण की संभावना अधिक होती है। वास्तव में, रेखा केंद्र के निकट पुनर्अवशोषण इतना अधिक हो सकता है कि स्व उत्क्रमण का कारण बन सकता है जिसमें रेखा के केंद्र में तीव्रता पंखों की तुलना में कम होती है। इस प्रक्रिया को कभी-कभी आत्म-अवशोषण भी कहा जाता है।

मैक्रोस्कोपिक डॉप्लर ब्रॉडिंग
गतिमान स्रोत द्वारा उत्सर्जित विकिरण परिमित लाइन-ऑफ़-विज़न वेलोसिटी प्रोजेक्शन के कारण डॉपलर शिफ्ट के अधीन है। यदि उत्सर्जक पिंड के अलग-अलग हिस्सों में अलग-अलग वेग (दृष्टि की रेखा के साथ) हैं, तो परिणामी रेखा को चौड़ा किया जाएगा, जिसमें रेखा की चौड़ाई वेग वितरण की चौड़ाई के समानुपाती होगी। उदाहरण के लिए, एक दूर घूमने वाले पिंड से उत्सर्जित विकिरण, जैसे कि एक तारा, तारे के विपरीत दिशा में वेग में दृष्टि-रेखा भिन्नता के कारण चौड़ा हो जाएगा (इस प्रभाव को आमतौर पर घूर्णी विस्तार के रूप में संदर्भित किया जाता है)। रोटेशन की दर जितनी अधिक होगी, रेखा उतनी ही व्यापक होगी। एक अन्य उदाहरण एक जेड चुटकी में एक विस्फोटित प्लाज्मा (भौतिकी) खोल है।

संयुक्त प्रभाव
इनमें से प्रत्येक तंत्र अलगाव में या दूसरों के साथ संयोजन में कार्य कर सकता है। यह मानते हुए कि प्रत्येक प्रभाव स्वतंत्र है, प्रेक्षित लाइन प्रोफाइल प्रत्येक तंत्र के लाइन प्रोफाइल का एक कनवल्शन है। उदाहरण के लिए, थर्मल डॉपलर ब्रॉडिंग और इम्पैक्ट प्रेशर ब्रॉडिंग के संयोजन से एक Voigt प्रोफ़ाइल प्राप्त होती है।

हालांकि, विभिन्न लाइन चौड़ीकरण तंत्र हमेशा स्वतंत्र नहीं होते हैं। उदाहरण के लिए, संपार्श्विक प्रभाव और गतिशील डॉपलर बदलाव एक सुसंगत तरीके से कार्य कर सकते हैं, जिसके परिणामस्वरूप कुछ स्थितियों में एक संपार्श्विक संकुचन भी होता है, जिसे डिके प्रभाव के रूप में जाना जाता है।

बैंड
वाक्यांश वर्णक्रमीय रेखाएँ, जब योग्य नहीं होती हैं, आमतौर पर पूर्ण विद्युत चुम्बकीय स्पेक्ट्रम के दृश्य स्पेक्ट्रम में तरंग दैर्ध्य वाली रेखाओं को संदर्भित करती हैं। इस सीमा के बाहर तरंग दैर्ध्य पर कई वर्णक्रमीय रेखाएँ होती हैं। कम तरंग दैर्ध्य पर, जो उच्च ऊर्जा के अनुरूप होते हैं, पराबैंगनी वर्णक्रमीय रेखाओं में हाइड्रोजन की लाइमैन श्रृंखला शामिल होती है। एक्स-रे की बहुत कम तरंग दैर्ध्य पर, रेखाओं को विशिष्ट एक्स-रे के रूप में जाना जाता है क्योंकि वे किसी दिए गए रासायनिक तत्व के लिए बड़े पैमाने पर अपरिवर्तित रहते हैं, जो उनके रासायनिक वातावरण से स्वतंत्र होते हैं। लंबी तरंगदैर्घ्य निम्न ऊर्जाओं के अनुरूप होती है, जहां अवरक्त वर्णक्रमीय रेखाओं में हाइड्रोजन की हाइड्रोजन वर्णक्रमीय श्रृंखला #Paschen_series_(Bohr_series,_n′_=_3) शामिल होती है। इससे भी लंबी तरंग दैर्ध्य पर, रेडियो स्पेक्ट्रम में हाइड्रोजन रेखा शामिल होती है|21-सेमी लाइन का उपयोग पूरे हाइड्रोजन लाइन #In_cosmology में तटस्थ हाइड्रोजन का पता लगाने के लिए किया जाता है।

दृश्य प्रकाश
प्रत्येक तत्व के लिए, निम्न तालिका वर्णक्रमीय रेखाएं दिखाती है जो दृश्यमान स्पेक्ट्रम में लगभग 400-700 एनएम पर दिखाई देती हैं।

यह भी देखें

 * अवशोषण स्पेक्ट्रम
 * परमाणु वर्णक्रमीय रेखा
 * बोहर मॉडल
 * ऋणावेशित सूक्ष्म अणु का विन्यास
 * उत्सर्जन चित्र
 * फूरियर रूपांतरण
 * फ्राउनहोफर लाइन
 * गैस-डिस्चार्ज लैंप#रंग
 * हाइड्रोजन लाइन (21 सेमी लाइन)
 * हाइड्रोजन वर्णक्रमीय श्रृंखला
 * स्पेक्ट्रोस्कोपी
 * छींटाकशी