水素アルファ

水素アルファ線は、通常H-アルファ線またはHαと略され、空気中では656.28 nm 、真空中では 656.46 nm の波長を持つ 水素原子の深紅色の可視スペクトル線である。これはバルマー系列の最初のスペクトル線であり、電子が水素原子の 3 番目から 2 番目に低いエネルギー準位から落ちるときに放射される。H-アルファ線は天文学に応用されており、その放射は散光星雲や太陽のプロミネンスや彩層などの太陽の大気圏の特徴から観測される。

原子のボーアモデルによれば、電子は原子核を取り囲む量子化されたエネルギー準位に存在します。これらのエネルギー準位は主量子数n = 1、2、3、... で記述されます。電子はこれらの状態にのみ存在でき、これらの状態間を遷移することしかできません。

n ≥ 3からn = 2 までの遷移の集合はバルマー系列と呼ばれ、そのメンバーはギリシャ文字で順番に命名されます。

• n = 3からn = 2はバルマーアルファまたはHアルファと呼ばれ、
• n = 4からn = 2はバルマーベータまたはHベータと呼ばれます。
• n = 5 からn = 2 はバルマーガンマ、H ガンマなどと呼ばれます。

Lyman シリーズの命名規則は次のとおりです。

• n = 2からn = 1はライマンアルファと呼ばれ、
• n = 3 からn = 1 はライマンベータなどと呼ばれます。

Hアルファの波長は656.281  nmで、^[1]電磁スペクトルの赤い部分で見え、天文学者がガス雲のイオン化水素含有量を追跡する最も簡単な方法です。水素原子の電子をn = 1からn = 3に励起するのに必要なエネルギー（12.1 eV、リュードベリの公式による）は、水素原子をイオン化するのに必要なエネルギー（13.6 eV）とほぼ同じなので、 n = 3レベルに励起するよりもイオン化の方がはるかに起こりやすくなります。イオン化後、電子と陽子は再結合して新しい水素原子を形成します。新しい原子では、電子はどのエネルギーレベルからでも開始でき、その後、基底状態（n = 1）にカスケードし、各遷移で光子を放出します。約半分の時間で、このカスケードにはn = 3からn = 2への遷移が含まれ、原子はHアルファ光を放出します。したがって、Hアルファ線は水素がイオン化されている場所で発生します。

星雲の主成分は水素であるため、Hアルファ線は比較的容易に飽和（自己吸収）するため、雲の形や範囲を示すことはできても、雲の質量を正確に測定することはできません。代わりに、二酸化炭素、一酸化炭素、ホルムアルデヒド、アンモニア、アセトニトリルなどの分子が通常、雲の質量を測定するために使用されます。

Hアルファフィルターは、一般的にHアルファ波長を中心とした狭い帯域の光を透過するように設計された光学フィルターです。 ^{[2]これらのフィルターは、複数（約50）の真空蒸着層で製造された}二色性フィルターです。これらの層は、必要な帯域以外の波長をフィルタリングする干渉効果を生み出すように選択されます。 ^[3]

H-アルファ ダイクロイック フィルターは単独で使用する場合、天体写真撮影や光害の影響を軽減するのに役立ちます。ただし、太陽の大気を観測するには帯域幅が狭すぎます。

太陽を観測する場合、3 つの部分から、はるかに狭い帯域のフィルターを作ることができます。「エネルギー除去フィルター」は通常、不要な波長のほとんどを吸収する赤いガラス片です。ファブリ ペロー エタロンは、H-α 輝線を中心とした波長を含む複数の波長を透過します。「ブロッキング フィルター」は、H-α 輝線を透過しながら、エタロンを通過した他の波長を遮断するダイクロイック フィルターです。この組み合わせにより、H-α 輝線を中心とした狭い範囲 (<0.1  nm ) の波長の光のみが通過します。

エタロンと二色性干渉フィルターの物理的性質は本質的には同じ (表面間で反射する光の建設的/破壊的干渉を利用) ですが、実装は異なります (二色性干渉フィルターは内部反射の干渉を利用、一方エタロンは比較的大きな空気ギャップを持っています)。H-α 光で見える特徴 (高速で移動するプロミネンスや放出など) には高速が伴うことがあるため、太陽 H-α エタロンは、関連するドップラー効果に対処するために (傾けたり、温度や空気密度を変更したりすることで) 調整できることがよくあります。

アマチュア太陽観測用の市販の H-アルファ フィルターは、通常、オングストローム単位で帯域幅を示しており、通常は 0.7Å (0.07 nm) です。2 つ目のエタロンを使用すると、この帯域幅を 0.5Å に減らすことができ、太陽の円盤上で観測される細部のコントラストが向上します。

Lyot フィルターを使用すると、さらに狭帯域のフィルターを作成できます。

• 水素スペクトル系列
• リュードベリの式
• 分光太陽望遠鏡

• コリン・カミンスキーによるエタロンフィルターの説明 2021-02-24 にWayback Machineでアーカイブ
• MCEメンブレンフィルター