보어의 원자모델이 어떻게 세종류의 스펙트럼을 설명하는지 보도록 하자. 방출선(emission lines)는 흥분된 에너지 상태, 즉 전자가 가장 낮은 에너지 상태를 가지지 않은 원자에서 만들어진다. 보어의 세가지 규칙중 3번째를 보면 전자가 낮은 에너지 상태를 가지기위해 어떤 특정한 양의 에너지를 방출해야만 한다. 원자가 에너지를 방출하면 특정한 에너지를 가진 광자의 형태가 된다. 이때 광자의 에너지는 에너지궤도들의 차이다.

예 : 한 원자가 E₂궤도에 한 전자를 가진다면 이 원자는 E₁궤도의 낮은 에너지 상태로 될려고 한다. 그것은 E = h * f = E₂ - E₁의 에너지를 가지는 광자를 잃어버린다. 이때 전자는 한번 점프하여 바닥상태(E₁)궤도에 도달할 것이다. 특정한 궤도가 아닌 그 궤도 사이엔 전자가 존재할 수 없다. 다른 점프는 다른 에너지의 광자를 만들어 낸다. 더 낮은 에너지 수준의 더 큰 점프를 시도하면 더 큰 에너지를 가지는 광자(파장이 짧다)를 만들어내게 된다

핵은 어떤 파장의 빛을 만들어낸다.(빛이 입자성과 파동성을 둘다 가진다는 사실을 기억하라.) 더 많은 핵이 반응하면 더욱 강렬한 방출선(emission lines)이 된다. 이 방출선의 강도는 가스의 밀도 및 온도에 의존한다.

흡수선(absorption line)은 특정한 에너지를 가진 광자가 한 원자에 의해 흡수될 때 만들어 진다. 이때 전자는 더 높은 에너지준위를 가지는 궤도로 이동한다. 광자가 가지는 에너지는 궤도 사이의 에너지 차이와 같다. 한 원소의 원자의 에너지 준위가 고정되어 있다면 전자에 의해 만들어진 밖으로 점프하는 에너지는 안으로 점프하는 크기와 같다. 그러므로 흡수선의 모양은 방출선의 모양과 같다. 다른 에너지를 가진 광자(전자가 점프하는데 사용이 안된 에너지를 가지는 광자)는 흡수되지 않고 가스를 통과한다. 통과한 광자들은 우리에게 연속스펙트럼으로 보이게 된다.

예 : E₁궤도에 있는 전자를 가진 원자는 광자의 에너지 E_photon = E₂ - E₁를 만난다. 광자는 흡수되어지고 전자는 E₂로 이동한다. 광자는 후에 재방출되어 무작위 방향으로 나가게 된다. 관측자는 연속된 에너지를 가지는 물체의 방향으로부터 다른 진동수의 광자(색)보다 특정한 주파수의 광자(색)를 더 적게 볼 것이다. 다른 에너지를 가진 광자들은 흡수되지 않고 통과한다. 원자는 전자를 움직이기에 적당한 광자만을 흡수한다. 다른 원자들도 계속해서 같은 광자를 흡수하게 되면 흡수선은 더 어두워진다. 흡수선의 강도는 가스의 밀도와 온도에 의존한다.

열 스펙트럼은 서로 가깝게 묶여있는 원자에서 만들어진다. 원자의 에너지 준위는 다른 원자의 전자로 인해 찡그러진다. 이것은 얇은 스펙트럼선을 보통보다 더 두껍게 만든다.

예 : 한 주황색의 흡수선이 두꺼워져서 한쪽은 노란색 파장, 한쪽은 빨간색파장의 가장자리에 있다. 이 찌그러지고 넓어진 양은 가스의 밀도(density)에 의존한다.

천문용어 : Vocabulary

연습문제 : Review Questions

1. 전자, 양성자, 중성자는 원자의 어디에 위치하는가? 전자는 원자에 어떤 위치 또는 에너지에서 발견할 수 있는가?
2. 보어의 원자모델은 방출선 스펙트럼을 어떻게 설명하고 있는가?
3. 6번째 에너지 준위에서 2번째 에너지 준위로 점프하는 전자와 3번째에서 2번째로 점프하는 전자중 어느것이 더 짧은 파장의 빛을 만들어 내는가. 설명하여라.
4. 보어의 원자모델은 흡수선 스펙트럼을 어떻게 설명하는가?
5. 1번째 에너지 준위에서 5번째 에너지 준위로 점프하는 전자와 1번째에서 3번째로 점프하는 전자중 어느것이 더 긴파장의 흡수선을 만들어 내는가? 설명하여라.
6. 뜨거운 별앞에 온도가 10,000K인 100개의 입자를 가진 구름과 뜨거운 별앞에 온도가 10,000K인 1,000,000개의 입자를 가진 구름중 어느 것이 강한 흡수선을 만들어 내는가? 설명하여라.
7. 만약 원자가 광자를 흡수하고 나중에 그것을 방출하면 왜 전혀 흡수선이 볼 수 없는가?
8. 보어의 원자모델은 열스펙트럼을 어떻게 설명하는가?
9. 수소 동위체 deuterium 과 tritium원자로부터 나오는 스펙트럼은 보통 수소 원자의 스펙트럼과 어떻게 비교할 수 있는가?
10. 중성칼슘 Ca의 흡수선과 같은 칼슘이온 Ca⁺의 흡수선을 왜 기대할 수 없는가?
11. 수소 이온 H⁺은 어떤 흡수선과 방출선을 발생시키는가. 왜 그런지 설명해라.