Le righe di Balmer
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La serie di Balmer, in astronomia, è una sequenza di righe che descrivono le righe spettrali dello spettro dell'atomo di idrogeno. La serie di Balmer è calcolata utilizzando la Formula di Balmer, un'equazione empirica scoperta nel 1885 dal matematico svizzero Johann Jakob Balmer. Nella banda ottica lo spettro dell'idrogeno mostra quattro righe a diverse lunghezze d'onda, che sono prodotte per l'emissione di un fotone da parte di un elettrone che, da uno stato eccitato, si sposta al livello quantico descritto dal numero quantico principale con n = 2
La serie di Balmer è caratterizzata dalle transizioni elettroniche da n ≥ 3 a n = 2. Questi passaggi sono indicati ciascuno da una lettera greca: la transizione 3→2 è associata alla lettera α, la 4→2 alla β e così via. Poiché storicamente queste righe sono state le prime ad essere identificate, il loro nome è formato dalla lettera H, il simbolo dell'idrogeno, seguita dalla lettera greca associata alla transizione.
Transizione 3→2 4→2 5→2 6→2 7→2 8→2 9→2 00→2
Nome H-α H-β H-γ H-δ H-ε H-ζ H-η Limite di Balmer
Lunghezza d'onda (Å) 6563 4861 4341 4102 3970 3889 3835 3646
Colore Rosso Celeste Blu Violetto Violetto Violetto (Ultravioletto) (Ultravioletto)
Sebbene i fisici avessero osservato queste righe già prima del 1885, mancava ancora uno strumento capace di predire con accuratezza la lunghezza d'onda esatta delle righe. La formula di Balmer è estremamente precisa in questo. Essa è un caso particolare dell'equazione di Rydberg, che portò i fisici a scoprire anche le serie di Lyman, Paschen, Brackett, di Pfund e di Humphreys, che descrivono anche le altre righe dello spettro dell'idrogeno.
La riga H-alfa, che corrisponde alla transizione 3→2, è una delle più frequenti nell'universo, estremamente brillante in moltissimi oggetti astronomici, e contribuisce a conferire loro un colore tendente al rosso. Esaminandola ad alta risoluzione, si osserva che essa è costituita da un doppietto; questa suddivisione è detta struttura fine dello spettro dell'idrogeno. Si è anche scoperto che esistono righe oltre la transizione 6→2, che cadono nella banda ultravioletta dello spettro.
Formula di Balmer
Nel 1885 il matematico Johann Jakob Balmer notò che la lunghezza d'onda di 3645,6 Å (ora nota come limite di Balmer B), era correlata con ciascuna delle righe osservate nel visibile. Studiando le regolarità negli spettri a righe degli atomi, scoprì che le lunghezze d'onda nella parte visibile all'occhio umano (intervallo compreso fra i 380 nm ed i 760 nm) dello spettro dell'idrogeno potevano essere rappresentate con grande precisione da una formula che le correlava a dei numeri interi:
dove
- λ lunghezza d'onda della luce emessa
- B limite di Balmer, pari a 3,6456 × 10-7 m o 3645,6 Å
- n = 2
- m intero con m > n
Nell'immagine successiva le righe di Balmer impresse nello spettro di assorbimento della stella HD103287
