כשאלקטרון יורד לרמת אנרגיה נמוכה יותר, הוא מאבד אנרגיה ופולט פוטון. האנרגיה של הפוטון שווה להפרש האנרגיה בין הרמה שבה היה האלקטרון לבין הרמה שאליה ירד. האלקטרונים באטום יכולים לעבור רק שינויים מסוימים וקבועים ברמת האנרגיה. למשל, אלקטרון שנמצא ברמה 3 יכול לרדת רק לרמה 2 או לרמה 1. האטומים יכולים לפלוט רק פוטונים שהאנרגיה שלהם מתאימה להפרשים האלה, ולכן כל יסוד יכול לפלוט רק אורכי גל מסוימים של אור. דוגמה אסטרונומית מוכרת היא הקרינה של גז מימן שמכיל אטומים ניטרליים (לא טעונים), שהאלקטרונים שלהם נמצאים ברמות אנרגיה שונות. הפוטונים שנפלטים יוצרים קו פליטה, שנראה בספקטרום כקו או כפס צר של צבע.
באדיבות ויקיפדיה
קווי פליטה שימושיים מאוד באסטרונומיה. לכל יסוד יש מספר ייחודי של פרוטונים בגרעין ושל אלקטרונים סביבו, ולכן לכל יסוד יש מערכת ייחודית של רמות אנרגיה, שיוצרת קבוצה מסוימת של אורכי גל – קווי הפליטה שלו. אם רואים קבוצה של קווי פליטה, אפשר להתאים אותה ליסוד מסוים, ולהסיק שאטומים של היסוד הזה נמצאים בגוף המרוחק וזוהרים בו. כשיש יותר מיסוד אחד, הדגם מורכב יותר, כי יש יותר קווים, אבל העיקרון זהה. כך אפשר לגלות ממה עשוי גוף שמימי, בלי להביא ממנו דגימה! לעומת זאת, הספקטרום הרציף של קרינת חום מגלה רק את הטמפרטורה של הגוף: באותה טמפרטורה, גוש ברזל, מוט פחמן וענן מימן פולטים כולם אותו ספקטרום תרמי. לכן קווים ספקטרליים שימושיים הרבה יותר כשרוצים לקבוע את ההרכב הכימי של גוף מרוחק.
אם כל האלקטרונים באטום נמצאים ברמת האנרגיה הנמוכה ביותר האפשרית, האטום אינו יכול ליצור קו פליטה, כי האלקטרונים אינם יכולים לרדת לרמה נמוכה יותר. אטום כזה נמצא ב"מצב היסוד" שלו. אטום שבו אלקטרון אחד או יותר נמצאים ברמות גבוהות מהנמוכות ביותר שפנויות נמצא ב"מצב מעורר". מצב מעורר נמשך בדרך כלל רק שבריר שנייה, ואז האלקטרונים יורדים לרמה הנמוכה ביותר הפנויה – "מנסים" להגיע לשיווי משקל. כדי ליצור מצבים מעוררים ולשמור עליהם, צריך בדרך כלל להפריע לאטומים. זה יכול לקרות בשתי דרכים. האחת: קרינה מוסיפה אנרגיה לגז, וגורמת לאלקטרונים לעלות לרמות אנרגיה גבוהות יותר. השנייה: בגז חם, את אותו תפקיד ממלאות התנגשויות בין האטומים או המולקולות עצמם. חימום של גז בנפח סגור מגביר את מהירות האטומים, ולכן גם את הסיכוי שיתנגשו זה בזה.
באדיבות ויקיפדיה
היכן בספקטרום האלקטרומגנטי נחפש קווי פליטה של אטומים? נבחן את המימן, היסוד הפשוט ביותר. האנרגיה הדרושה כדי להעלות אלקטרון ממצב היסוד עד שישתחרר מהאטום היא האנרגיה הגדולה ביותר שיכולה להתבטא בקו ספקטרלי, ולכן היא מתאימה לאורך הגל הקצר ביותר שנוכל לראות. אורך הגל הזה הוא כ-90 ננומטר, בתחום האולטרה-סגול – כחול מכדי שהעין תראה אותו. למעברים אחרים במימן יש הפרשי אנרגיה קטנים יותר, ולכן הם יוצרים קווים באורכי גל ארוכים יותר (אדומים יותר). ליסודות כבדים יותר יש יותר רמות אנרגיה, ולכן יותר מעברים אפשריים ו"סבך" צפוף יותר של קווי פליטה. אבל אצל היסודות הנפוצים ביותר, כמו פחמן, חנקן, חמצן וצורן, הקווים הספקטרליים נמצאים באותו אזור של הספקטרום. רוב קווי הפליטה השימושיים נמצאים בתחום שבין 100 ל-1,000 ננומטר (0.1 עד 1 מיקרון), שכולל את התחום הנראה וגם חלק מהאולטרה-סגול ומהאינפרה-אדום.
מולקולות הן קבוצות של אטומים שיכולים לחלוק אלקטרונים. לכן המבנה האלקטרוני של מולקולה מורכב יותר מזה של אטום: מסלולו של אלקטרון יכול להקיף שני גרעינים או יותר. בהתאם, גם קווי הפליטה של מולקולה יכולים להיות מורכבים. למשל, בגז של מולקולות מים (H2O) יש הרבה יותר קווי פליטה מאשר בגז של אטומי מימן וחמצן נפרדים. ולמולקולה יש עוד דרכים להגיב להפרעה, מלבד מעבר של אלקטרונים בין רמות: היא יכולה לרטוט, כמו שני כדורים שמחוברים בקפיץ, או להסתובב. לכן רמות האנרגיה של מולקולה רבות הרבה יותר, וקווי הפליטה שלה מתמזגים למבנה רחב יותר, שנקרא פס פליטה. שאר הסיפור זהה: כל מולקולה (למשל H2O) יכולה ליצור רק פסי פליטה מסוימים, ולכן אפשר לזהות אותה גם במקור מרוחק.
באדיבות astropidia
כדי שאטומים ומולקולות ייצרו קווים ופסים ברורים, הם צריכים להיות נפרדים זה מזה, כמו בגז. אילו האטומים היו מחוברים, הם היו יוצרים מולקולות, ואילו המולקולות היו מחוברות, הן היו יוצרות מוצק או נוזל. ברוב המוצקים והנוזלים המבנה האלקטרוני מורכב כל כך, שהפליטה אינה מוגבלת לאורך גל אחד אלא "נמרחת" על פני תחום רחב, ולכן כמעט אי אפשר להבחין בה. רוב קווי הפליטה ופסי הפליטה נוצרים בגזים.
היכן בספקטרום נחפש את הפליטה של מולקולות? חלק מהמבנים הספקטרליים של מולקולות נמצאים בתחום הנראה. אבל הצורה של המולקולות מאפשרת להן לרטוט ולהתנדנד בדרכים רבות ושונות, ורוב התנועות האלה כרוכות באנרגיה קטנה מזו של מעבר אלקטרוני רגיל. לכן המבנים הספקטרליים האלה נמצאים בדרך כלל באורכי גל ארוכים יותר: רבים מהחשובים שבהם נמצאים בתחום האינפרה-אדום, ואפילו בתחום המיקרוגלים.
→ הסעיף הקודם: 10.14 קווים ספקטרליים | הסעיף הבא: 10.16 ספקטרום בליעה ופליטה ←