الهيدروجين ألفا

خط هيدروجين ألفا ، ويُختصر عادةً إلى H-alpha أو Hα ، هو خط طيفي مرئي أحمر داكن لذرة الهيدروجين، يبلغ طول موجته 656.28 نانومتر في الهواء و656.46 نانومتر في الفراغ. وهو أول خط طيفي في سلسلة بالمر ، وينبعث عندما ينتقل إلكترون من مستوى الطاقة الثالث الأدنى إلى المستوى الثاني الأدنى في ذرة الهيدروجين. يُستخدم خط هيدروجين ألفا في علم الفلك، حيث يمكن رصد انبعاثه من السدم الانبعاثية ومن معالم الغلاف الجوي للشمس ، بما في ذلك النتوءات الشمسية والغلاف اللوني . 

وفقًا لنموذج بور للذرة ، توجد الإلكترونات في مستويات طاقة كمية تحيط بنواة الذرة . تُوصف هذه المستويات بالعدد الكمي الرئيسي n = 1، 2، 3، ... . لا يمكن للإلكترونات أن توجد إلا في هذه المستويات ، ولا يمكنها الانتقال إلا بينها.

تُسمى مجموعة الانتقالات من n ≥ 3 إلى n = 2 سلسلة بالمر ، ويتم تسمية عناصرها بالتسلسل بواسطة الأحرف اليونانية:

• يُطلق على n = 3 إلى n = 2 اسم Balmer-alpha أو H-alpha،
• يُطلق على النطاق من n = 4 إلى n = 2 اسم Balmer-beta أو H-beta،
• يُطلق على الفترة من n = 5 إلى n = 2 اسم Balmer-gamma أو H-gamma، إلخ.

بالنسبة لسلسلة ليمان، فإن اصطلاح التسمية هو:

• يُطلق على النطاق من n = 2 إلى n = 1 اسم خط لايمان ألفا،
• يُطلق على n = 3 إلى n = 1 اسم Lyman-beta، إلخ.

يبلغ طول موجة خط هيدروجين ألفا 656.281 نانومتر ، ^{[ 1 ]} وهو مرئي في الجزء الأحمر من الطيف الكهرومغناطيسي ، ويُعدّ أسهل طريقة لعلماء الفلك لتحديد محتوى الهيدروجين المتأين في السحب الغازية. ونظرًا لأن إثارة إلكترون ذرة الهيدروجين من المستوى n = 1 إلى n = 3 (12.1 إلكترون فولت، وفقًا لمعادلة ريدبيرغ ) تتطلب طاقةً تُقارب الطاقة اللازمة لتأيين ذرة الهيدروجين (13.6 إلكترون فولت)، فإن التأيين أكثر احتمالًا بكثير من الإثارة إلى المستوى n = 3. بعد التأيين، يتحد الإلكترون والبروتون لتكوين ذرة هيدروجين جديدة. في الذرة الجديدة، قد يبدأ الإلكترون من أي مستوى طاقة، ثم ينتقل تدريجيًا إلى الحالة الأرضية ( n = 1)، مُصدرًا فوتونات مع كل انتقال. في حوالي نصف الحالات، يتضمن هذا الانتقال الانتقال من n = 3 إلى n = 2، فتُصدر الذرة ضوء خط هيدروجين ألفا. لذلك، يظهر خط H-alpha حيث يتم تأين الهيدروجين. 

يتشبع خط ألفا الهيدروجيني (يمتص ذاتيًا) بسهولة نسبية لأن الهيدروجين هو المكون الأساسي للسدم ، لذا فبينما يمكنه الإشارة إلى شكل السحابة وامتدادها، لا يمكن استخدامه لتحديد كتلتها بدقة. وبدلًا من ذلك، تُستخدم عادةً جزيئات مثل ثاني أكسيد الكربون ، وأول أكسيد الكربون ، والفورمالديهايد ، والأمونيا ، أو الأسيتونيتريل لتحديد كتلة السحابة.

مرشح H-alpha هو مرشح بصري مصمم لنقل نطاق ترددي ضيق من الضوء، يتركز عادةً حول طول موجة H-alpha. ^{[ 2 ]} يمكن أن تكون هذه المرشحات ثنائية اللون، مصنوعة من طبقات متعددة (حوالي 50 طبقة) مُرَسَّبة بالتفريغ. تُختار هذه الطبقات لإنتاج تأثيرات تداخل تعمل على ترشيح أي أطوال موجية باستثناء النطاق المطلوب. ^{[ 3 ]}

تُعدّ مرشحات H-alpha ثنائية اللون، عند استخدامها بشكل منفرد، مفيدة في التصوير الفلكي وللحدّ من تأثيرات التلوث الضوئي . إلا أنها لا تتمتع بنطاق ترددي ضيق بما يكفي لرصد الغلاف الجوي للشمس.

لرصد الشمس، يمكن صنع مرشح نطاق أضيق بكثير من ثلاثة أجزاء: "مرشح رفض الطاقة"، وهو عادةً قطعة من الزجاج الأحمر تمتص معظم الأطوال الموجية غير المرغوب فيها؛ ومقياس فابري-بيرو الذي يسمح بمرور عدة أطوال موجية، بما في ذلك طول موجي مركزه خط انبعاث H-alpha؛ و"مرشح حجب" - وهو مرشح ثنائي اللون يسمح بمرور خط H-alpha ويمنع مرور الأطوال الموجية الأخرى التي مرت عبر المقياس. يسمح هذا المزيج بمرور نطاق ضيق جدًا (<0.1 نانومتر ) من أطوال موجات الضوء المتمركزة حول خط انبعاث H-alpha. 

تتشابه فيزياء الإيتالون ومرشحات التداخل ثنائية اللون بشكل أساسي (إذ تعتمد على التداخل البنّاء/الهدّام للضوء المنعكس بين الأسطح)، لكن يختلف التنفيذ (يعتمد مرشح التداخل ثنائي اللون على تداخل الانعكاسات الداخلية، بينما يحتوي الإيتالون على فجوة هوائية كبيرة نسبيًا). ونظرًا للسرعات العالية التي تصاحب أحيانًا الظواهر المرئية في ضوء خط هيدروجين ألفا (مثل النتوءات والانبعاثات سريعة الحركة)، يمكن غالبًا ضبط إيتالونات هيدروجين ألفا الشمسية (عن طريق الإمالة أو تغيير درجة الحرارة أو كثافة الهواء) للتعامل مع تأثير دوبلر المصاحب .

تُحدد عروض نطاق مرشحات H-alpha المتوفرة تجاريًا لهواة رصد الشمس عادةً بوحدات أنغستروم ، ويبلغ عرضها عادةً 0.7 أنغستروم (0.07  نانومتر). وباستخدام إيتالون ثانٍ، يمكن تقليل هذا العرض إلى 0.5 أنغستروم، مما يؤدي إلى تحسين تباين التفاصيل المرصودة على قرص الشمس.

يمكن صنع مرشح نطاق أضيق باستخدام مرشح ليوت .

• سلسلة الأطياف الهيدروجينية
• صيغة ريدبيرج
• مطياف الشمس

• وصف مرشح إيتالون بقلم كولين كامينسكي، مؤرشف بتاريخ ٢٤ فبراير ٢٠٢١ في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine).
• مرشح غشائي MCE