Lyman-Serie

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Lyman-Serie

Termschema des Wasserstoffatoms

Als Lyman-Serie (nach Theodore Lyman, der sie 1906 entdeckte) wird die Folge von Spektrallinien des Wasserstoffatoms im Ultraviolettbereich zwischen ca. 91 und ca. 121 nm bezeichnet; alle Übergänge haben das untere Energieniveau in der K-Schale gemeinsam (Hauptquantenzahl $ n_1 = 1 $).

Weitere Serien sind die Balmer-Serie (vgl. auch Ausführungen dort), die Paschen-Serie, die Brackett-Serie und die Pfund-Serie.

Mathematische Beschreibung

Für die entsprechenden n ergibt sich eine Wellenlänge der Linien von
n Bezeichnung Wellenlänge in nm
2 Lyman-α-Linie (Ly-α) 121,5
3 Lyman-β-Linie 102,5
4 97,20
5 94,92
6 93,73
7 93,03
8 92,57
9 92,27
10 92,05
11 91,89
$ n \rightarrow \infty $ 91,13
Lyman-Serie aufgetragen gegenüber der Wellenlänge

Die Wellenzahlen der einzelnen Spektrallinien sind gegeben durch die Rydberg-Formel

$ \tilde\nu = R_\infty \left( 1 - {1 \over n^2} \right), $

wobei

  • $ R_\infty = 1{,}0973731569\cdot 10^{7} \, {\mathrm{m^{-1}}} $ die Rydberg-Konstante ist und
  • n ganze Zahlen größer 1 sind (Hauptquantenzahlen $ n_2 $ der Startschalen).

Die Wellenzahl lässt sich durch die Beziehung

$ \lambda = 1 / \tilde\nu $

in die Wellenlänge $ \lambda $ bzw. durch

$ E = \tilde\nu \cdot c \cdot h $

in die entsprechende Energie umrechnen mit

Anwendungsbereiche

Die Linien der Lyman-Serie sind vor allem für Astronomen bei der Untersuchung von Sternen und Galaxien interessant. Aus der Lyman-α-Linie lässt sich sowohl die Rotverschiebung weit entfernter Galaxien und Quasare (z.T. bis in den sichtbaren oder infraroten Spektralbereich) als auch die weiträumige Verteilung von Wasserstoff im Universum ableiten (siehe Lyman-Break-Technik). Von der Erde aus können die Lyman-Linien wegen der UV-Absorption der Erdatmosphäre nur bei hinreichend starker Rotverschiebung der Objekte beobachtet werden.

Literatur

  •  Theodore Lyman: The Spectrum of Hydrogen in the Region of Extremely Short Wave-Lengths. In: Astrophysical Journal. 23, 1906, S. 181–210, doi:10.1086/141330.

Weblinks

  • C. Bluck, J. Gans, A. Gleixner, W. Heimbrodt: Termschema Wasserstoff – dargestellt in einer Animation. Auf: BIGS – Bluck Industrial Graphic Service, abgerufen am 29. Dezember 2008.


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