ピッカリングシリーズ

ピッカリング系列（ピッカリング・ファウラー系列とも呼ばれる）は、ウォルフ・ライエ星のような高温星のスペクトルに、通常は吸収線として現れる、一価イオン化ヘリウムの3本の線から構成される。この名前は、エドワード・チャールズ・ピッカリング^[¹^]とアルフレッド・ファウラー^[²^]に由来する。これらの線は、電子のより高いエネルギー準位から主量子数n =4の準位への遷移によって生成される。これらの線の波長は次のとおりである。

10124Å ( n = 5 ～n = 4 ) (赤外線)
6560 Å ( n = 6 ～n = 4)
5412 Å ( n = 7 ～n = 4)
4859 Å ( n = 8 ～n = 4)
4541 Å ( n = 9 ～n = 4)
4339 Å ( n = 10 ～n = 4)
3645.56 Å ( n = ∞ ～n = 4、理論限界、紫外域)

偶数n状態からの遷移は水素線と重なるため、典型的な吸収スペクトルでは隠されてしまう。しかし、ウォルフ・ライエ星は水素をほとんど、あるいは全く含まないため、これらの遷移はウォルフ・ライエ星のスペクトルでは輝線として観測される。

1896年、ピッカリングは星ゼータ・プピスのスペクトルにこれまで知られていなかった線が観測されたことを発表した。^{[ 3 ]}ピッカリングはこの観測を、半整数遷移レベルを持つ新しい形態の水素に起因するものとした。^{[ 4 ]}^{[ 5 ]} ファウラーは1912年に水素とヘリウムの混合物から同様の線を生成することに成功し、その起源に関するピッカリングの結論を支持した。^{[ 6 ]} しかし、ニールス・ボーアは原子構造に関する彼の「三部作」 ^{[ 7 ]}^{[ 8}^][9]^の^中^でこの系列の分析を含め、ピッカリングとファウラーは間違っており、スペクトル線は代わりに一価イオン化ヘリウム、He ⁺から生じると結論付けた。^[¹⁰^] ファウラーは当初懐疑的であったが^[¹¹^]最終的には^[¹²^]ボーアが正しいと確信し^[⁷^]、1915 年までに「分光学者たちは [ピッカリング系列] を [水素から] ヘリウムに決定的に移行した」^[¹^]^[¹³^] ボーアのピッカリング系列に関する理論的研究は、「古典理論の中で既に解決されたと思われた問題の再検討」の必要性を示し、彼の原子論の重要な裏付けを提供した^[¹^{] 。}

波長の公式

ボーアモデルにおける準位間のエネルギー差、したがって放出または吸収される光子の波長は、リュードベリの公式によって与えられる。^{[ 14 ]} ${\frac {1}{\lambda }}=Z^{2}R_{M}\left({\frac {1}{{n_{1}}^{2}}}-{\frac {1}{{n_{2}}^{2}}}\right)$ どこ

$Z$ は原子番号です。
$n_{1}$ は下位エネルギー準位の主量子数であり、
$n_{2}$ は上位エネルギー準位の主量子数であり、
$R_{M}$ は質量の原子核のリュードベリ定数です。 $M$ 続いて $R_{M}={\frac {\mu }{m_{e}}}R_{\infty }$ と $\mu$ 原子核の縮小質量と $R_{\infty }={\frac {m_{e}{q_{e}}^{4}}{64\pi ^{3}{\varepsilon _{0}}^{2}\hbar ^{3}c}}$ はリュードベリ定数です。

ヘリウムの場合、 $Z=2$ ピッカリング・ファウラーシリーズは $n_{1}=4$ そして、 $\displaystyle {}_{2}^{4}{\text{He}}^{+}}$ は $\mu ={\frac {1}{{\frac {1}{m_{e}}}+{\frac {1}{2m_{p}+2m_{n}}}}}$ したがって ${\frac {\mu }{m_{e}}}={\frac {1}{1+{\frac {m_{e}}{2m_{p}+2m_{n}}}}}\approx 0.99986396$ これは通常次のように近似されます。 $1$ （実際には、この数値はヘリウムの同位体ごとに変化するものの、ほぼ一定である。）より正確な記述は、ボーア・ゾンマーフェルト原子模型を用いると可能となる。

ピッカリング・ファウラーにおける波長の理論的な限界値は次式で与えられる。 $\displaystyle \lambda _{\infty }^{\text{PF}}={\frac {4}{R_{\infty }}}}$ これは約 364.556 nm であり、バルマー系列(水素スペクトル系列)と同じ限界値です。 $n_{2}=2$ ピッカリング・ファウラー系列のn=6,8,10の遷移（それぞれ6560Å、4859Å、4339Å）が、バルマー系列のn=3,4,5の遷移（それぞれ6563Å、4861Å、4340Å）とほぼ同一であることに注目してください。ピッカリング・ファウラー系列にこれらの値の間の値が存在するという事実から、科学者たちは、これは半遷移を持つ水素（「半水素」）によるものだと考えていました。しかし、ニールス・ボーアは、自身のモデルを用いて、これは一価イオン化ヘリウムによるものであることを示しました。 $\displaystyle {}_{2}{\text{He}}^{+}}$ これは水素に似た原子である。これはボーアモデルの予測可能性も示している。

参考文献

1 2 3ロボッティ、ナディア(1983)。「ζ Puppis のスペクトルと経験的データの歴史的進化」。物理科学の歴史的研究。14 (1): 123–145。土井: 10.2307/27757527。JSTOR 27757527。
↑ラカトシュ、イムレ（1980）。「ボーア：矛盾した基盤の上で進展する研究プログラム」。ジョン・ウォーラル、グレゴリー・カリー編『科学研究プログラムの方法論』所収。ケンブリッジ大学出版局、55-68頁。ISBN 9780521280310。
↑ Pickering, EC (1896). "特異なスペクトルを持つ星。南十字座と白鳥座の新しい変光星".ハーバード大学天文台回報. 12 : 1– 2. Bibcode : 1896HarCi..12....1P . また、以下のようにも出版されています: Pickering, EC ; Fleming, WP (1896). "特異なスペクトルを持つ星。南十字座と白鳥座の新しい変光星" . Astrophysical Journal . 4 : 369– 370. Bibcode : 1896ApJ.....4..369P . doi : 10.1086/140291 .
↑ Pickering, EC (1897). "特異なスペクトルを持つ星。南十字座と白鳥座の新しい変光星" . Astronomische Nachrichten . 142 (6): 87– 90. Bibcode : 1896AN....142...87P . doi : 10.1002/asna.18971420605 .
↑ Pickering, EC (1897). "ゼータ・プピスのスペクトル" . Astrophysical Journal . 5 : 92– 94. Bibcode : 1897ApJ.....5...92P . doi : 10.1086/140312 .
↑ Fowler, A. (1912). "水素スペクトルの主線およびその他の系列線の観測" . Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 73 (2): 62– 63. Bibcode : 1912MNRAS..73...62F . doi : 10.1093/mnras/73.2.62 .
1 2ホイヤー、ウルリッヒ（1981）。「原子と分子の構成」。ホイヤー、ウルリッヒ（編）。ニールス・ボーア著作集：第2巻 ― 原子物理学に関する研究（1912～1917年）。アムステルダム：ノース・ホランド出版。pp. 103–316（特にpp. 116–122）。ISBN 978-0720418002。
↑ケネディ、PJ（1985）。「略伝」。フランス語、AP; ケネディ、PJ（編）。ニールス・ボーア：生誕100周年記念論文集。ハーバード大学出版局。3-15頁。ISBN 978-0-674-62415-3。
↑ Bohr, N. (1913). "原子と分子の構成について、パート I" (PDF) . Philosophical Magazine . 26 (151): 1– 25. Bibcode : 1913PMag...26....1B . doi : 10.1080/14786441308634955 .ボーア、N. (1913). 「原子と分子の構成について、第II部：単一の原子核のみを含む系」(PDF) . Philosophical Magazine . 26 (153): 476– 502. Bibcode : 1913PMag...26..476B . doi : 10.1080/14786441308634993 .ボーア、N. (1913). 「原子と分子の構成について、第 3 部：複数の原子核を含む系」 . Philosophical Magazine . 26 (155): 857–875 . Bibcode : 1913PMag...26..857B . doi : 10.1080/14786441308635031 .
↑ Bohr, N. (1913). "ヘリウムと水素のスペクトル" . Nature . 92 (2295): 231– 232. Bibcode : 1913Natur..92..231B . doi : 10.1038/092231d0 . S2CID 11988018 .
↑ Fowler, A. (1913). "ヘリウムと水素のスペクトル" . Nature . 92 (2291): 95– 96. Bibcode : 1913Natur..92...95F . doi : 10.1038/092095b0 . S2CID 3972599 .
↑ Fowler, A. (1913). "Reply to: The Spectra of Helium and Hydrogen" . Nature . 92 (2295): 232– 233. Bibcode : 1913Natur..92..232F . doi : 10.1038/092232a0 . S2CID 3981817 .
↑ Bohr, N. (1915). "水素とヘリウムのスペクトル" . Nature . 95 ( 6– 7): 6– 7. Bibcode : 1915Natur..95....6B . doi : 10.1038/095006a0 . S2CID 3947572 .
↑ボーア、ニールス（1985）「リュードベリによるスペクトル法則の発見」、J. カルッカー編『N. ボーア：全集』第10巻、アムステルダム：ノースホランド出版、373-379頁

外部リンク

プロト水素

[Robotti-1] 1 2 3ロボッティ、ナディア(1983)。「ζ Puppis のスペクトルと経験的データの歴史的進化」。物理科学の歴史的研究。14 (1): 123–145。土井: 10.2307/27757527。JSTOR 27757527。

[2] ラカトシュ、イムレ（1980）。「ボーア：矛盾した基盤の上で進展する研究プログラム」。ジョン・ウォーラル、グレゴリー・カリー編『科学研究プログラムの方法論』所収。ケンブリッジ大学出版局、55-68頁。ISBN 9780521280310。

[3] Pickering, EC (1896). "特異なスペクトルを持つ星。南十字座と白鳥座の新しい変光星".ハーバード大学天文台回報. 12 : 1– 2. Bibcode : 1896HarCi..12....1P . また、以下のようにも出版されています: Pickering, EC ; Fleming, WP (1896). "特異なスペクトルを持つ星。南十字座と白鳥座の新しい変光星" . Astrophysical Journal . 4 : 369– 370. Bibcode : 1896ApJ.....4..369P . doi : 10.1086/140291 .

[4] Pickering, EC (1897). "特異なスペクトルを持つ星。南十字座と白鳥座の新しい変光星" . Astronomische Nachrichten . 142 (6): 87– 90. Bibcode : 1896AN....142...87P . doi : 10.1002/asna.18971420605 .

[5] Pickering, EC (1897). "ゼータ・プピスのスペクトル" . Astrophysical Journal . 5 : 92– 94. Bibcode : 1897ApJ.....5...92P . doi : 10.1086/140312 .

[6] Fowler, A. (1912). "水素スペクトルの主線およびその他の系列線の観測" . Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 73 (2): 62– 63. Bibcode : 1912MNRAS..73...62F . doi : 10.1093/mnras/73.2.62 .

[Hoyer-7] 1 2ホイヤー、ウルリッヒ（1981）。「原子と分子の構成」。ホイヤー、ウルリッヒ（編）。ニールス・ボーア著作集：第2巻 ― 原子物理学に関する研究（1912～1917年）。アムステルダム：ノース・ホランド出版。pp. 103–316（特にpp. 116–122）。ISBN 978-0720418002。

[8] ケネディ、PJ（1985）。「略伝」。フランス語、AP; ケネディ、PJ（編）。ニールス・ボーア：生誕100周年記念論文集。ハーバード大学出版局。3-15頁。ISBN 978-0-674-62415-3。

[9] Bohr, N. (1913). "原子と分子の構成について、パート I" (PDF) . Philosophical Magazine . 26 (151): 1– 25. Bibcode : 1913PMag...26....1B . doi : 10.1080/14786441308634955 .ボーア、N. (1913). 「原子と分子の構成について、第II部：単一の原子核のみを含む系」(PDF) . Philosophical Magazine . 26 (153): 476– 502. Bibcode : 1913PMag...26..476B . doi : 10.1080/14786441308634993 .ボーア、N. (1913). 「原子と分子の構成について、第 3 部：複数の原子核を含む系」 . Philosophical Magazine . 26 (155): 857–875 . Bibcode : 1913PMag...26..857B . doi : 10.1080/14786441308635031 .

[10] Bohr, N. (1913). "ヘリウムと水素のスペクトル" . Nature . 92 (2295): 231– 232. Bibcode : 1913Natur..92..231B . doi : 10.1038/092231d0 . S2CID 11988018 .

[11] Fowler, A. (1913). "ヘリウムと水素のスペクトル" . Nature . 92 (2291): 95– 96. Bibcode : 1913Natur..92...95F . doi : 10.1038/092095b0 . S2CID 3972599 .

[12] Fowler, A. (1913). "Reply to: The Spectra of Helium and Hydrogen" . Nature . 92 (2295): 232– 233. Bibcode : 1913Natur..92..232F . doi : 10.1038/092232a0 . S2CID 3981817 .

[13] Bohr, N. (1915). "水素とヘリウムのスペクトル" . Nature . 95 ( 6– 7): 6– 7. Bibcode : 1915Natur..95....6B . doi : 10.1038/095006a0 . S2CID 3947572 .

[14] ボーア、ニールス（1985）「リュードベリによるスペクトル法則の発見」、J. カルッカー編『N. ボーア：全集』第10巻、アムステルダム：ノースホランド出版、373-379頁

[

[

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8

][9]

[

[

[

[

[ 14 ]