Lyman-Serie

Termschema des Wasserstoffatoms

Als Lyman-Serie wird die Folge von Spektrallinien des Wasserstoffatoms im Ultraviolettbereich zwischen ca. 91–121 nm bezeichnet. Alle Übergänge haben das untere Energieniveau in der K-Schale gemeinsam; weitere Serien sind die Balmer-Serie (vgl. auch Ausführungen dort), die Paschen-Serie, die Brackett-Serie und die Pfund-Serie.

Mathematische Beschreibung

Für die entsprechenden n ergibt sich eine Wellenlänge der Linien von

n	Bezeichnung	Wellenlänge in nm
2	Lyman-α-Linie (Ly-α)	121,5
3	Lyman-β-Linie	102,5
4	…	97,20
5	…	94,92
6	…	93,73
7	…	93,03
8	…	92,57
9	…	92,27
10	…	92,05
11	…	91,89
$n \rightarrow \infty$		91,13

Lyman-Serie aufgetragen gegenüber der Wellenlänge

Die Wellenzahlen der einzelnen Spektrallinien ist durch die Formel

$\tilde\nu = R_\infty \left( 1 - {1 \over n^2} \right)$

gegeben, wobei

$R_\infty = 1{,}0973731569\cdot 10^{7}\, {\mathrm{m^{-1}}}$

die Rydberg-Konstante ist und n ganze Zahlen größer 1 sind.

Die Wellenzahl lässt sich durch die Beziehung

$\lambda = 1 / \tilde\nu$

in die Wellenlänge, bzw. durch

$E = \tilde\nu \cdot c \cdot h$

in die entsprechende Energie umrechnen. In letzterer Formel sind c die Lichtgeschwindigkeit im Vakuum und h die plancksche Konstante.

Anwendungsbereiche

Die Linien der Lyman-Serie liegen im Ultravioletten und sind vor allem für Astronomen bei der Untersuchung von Sternen und Galaxien interessant. Sie wurden im Jahr 1906 von dem amerikanischen Physiker Theodore Lyman entdeckt.

Die Lyman-α-Linie ist für Astronomen bei der Untersuchung weit entfernter Galaxien und Quasare interessant, da sich aus ihr einfach sowohl die Rotverschiebung der Objekte (bei sehr weit entfernten Objekte wird die Linie bis in den sichtbaren oder infraroten Spektralbereich hinein verschoben) als auch die weiträumige Verteilung von Wasserstoff im Universum ableiten lässt (siehe Lyman-Break-Technik). Von der Erde aus können die Lyman-Linen wegen der UV-Absorption der Erdatmosphäre nur bei hinreichend starker Rotverschiebung des Objektes beobachtet werden.

Literatur

• Theodore Lyman: The Spectrum of Hydrogen in the Region of Extremely Short Wave-Lengths. In: Astrophysical Journal. 23, 1906, S. 181–210, doi:10.1086/141330.

Weblinks

• C. Bluck, J. Gans, A. Gleixner, W. Heimbrodt: Termschema Wasserstoff – dargestellt in einer Animation. Auf: BIGS – Bluck Industrial Graphic Service, abgerufen am 29. Dezember 2008.