光谱学与原子物理

生长曲线

常识会说,如果你把某种元素的原子数翻倍,它们造成的吸收线理应增强到两倍。在一段范围内确实如此——但也只在一段范围内。生长曲线,就是那张刻画一条线的强度(它的等值宽度)随着吸收原子越来越多而究竟如何变化的图,它揭示出这种关系会以出人意料的方式拐弯。

它有三个阶段。当原子很少时,线很弱,其强度与原子数成简单正比上升——这是线性段。当原子越堆越多,线的中心暗到了无可再暗,达到饱和,再添原子也几乎加深不了它;线停止生长,曲线变平——这是饱和段。继续再堆,线就只能靠压致展宽把它暗暗的翼向两侧铺开来生长,于是其强度又缓缓爬升——这是阻尼段,即第三个区段。

这条曲线,是从「我们看到的」到「实际存在的」之间不可或缺的翻译者。由于「线」与「丰度」之间的关系并非一条直线,你不能仅凭一条线的强度就直接读出一颗恒星含有某元素多少。生长曲线在每一阶段都提供正确的换算,让天文学家把满满一桌测得的等值宽度,转化为真实而可信的化学丰度。

两条铁线的等值宽度可以几乎相同,尽管其中一条是由多得多的原子造成的——因为那条更强的线已经饱和,正坐在生长曲线平坦的那一段上。

线强对原子数:先上升,再变平,然后又缓缓上升。

饱和的线很棘手:由于它的强度对额外的原子几乎没有反应,那里一个小小的测量误差,就会换算成所推得丰度上的一个大误差。所以天文学家只要可能,就更愿意用弱的、未饱和的线来「称量」元素。

又称
growth curve丰度增长曲线