Forum der Vereinigung der Sternfreunde

Starter Lamps with differents content (e.g. Ar, Ne, Xe ) can be used for wavelangth calibration. In some starter lamps e.g. Osram ST171 also hydrogen is present, which can be seen by prominent H-alpha/beta/gamma lines.
What´s surprising to me is, that these hydrogen lines have a FWHM much broader than the instrument resolution. As expected to me all Ne, Ar, Xe lines show a linewidth corresponding to the spectral resolution of my instrument.
I,m using a camera with 5,86 micron pixels and a glas fiber of 50 microns.
So hydrogen lines have a FWHM of about 0,27nm, Ne, Ar etc about 0,065 nm (=instrument resolution)

See also 2 samples of spectra below.

Does anybody have an explanation for this? What thermal and/or pressure conditions in these starter lamps are responsible for that?

Hello Franz,

interesting observation!

In ordinary plasmas, without external electric field, the Stark effect is known to broaden hydrogen lines more than others.
The external field of the electric discharge in the starter lamp could enhance this effect.

Karlheinz

Hello Karlheinz,

thanks for your response. Start effect seems to be an interesting aspect to follow. I´ll try to get some more information about that.

Franz

Hallo,
zum Stark Effekt möchte ich folgendes anmerken:
Grundsätzlich werden Linien nicht verbreitert sondern aufgespalten. Für nichtentartete Zustände gilt der quadratische Stark Effekt, für entartete (gleiche Energieniveaus von Zuständen mit unterschiedlichen Quantenzahlen, z. b. atomarer Wasserstoff) gilt der lineare Stark Effekt. Für eine elektrische Feldstärke von 1000 V/cm beträgt die relative Abweichung der Wellenlänge um 10 hoch -6, also für normale Spektroskopie unerheblich. s. z. B.

http://www075.zimt.uni-siegen.de//pdf/qmprobe.pdf

Durch die für diese Größenverhältnisse geringe Auflösung der meisten Spektrographen erscheinen dann die Linien natürlich verbreitert. Eine andere Frage ist der gegenseitige Einfluss bei Zusammenstößen von Atomen oder Molekülen.
In einer Entladungsröhre dürfte aber mindestens teilweise molekularer Wasserstoff im Gegensatz zu den Edelgasen Ne und Ar vorliegen, der für die Elektronen natürlich unterschiedliche Energieniveaus hat. Dann könnten die Schwingungen der beiden Protonen, also Schwingungen betreffend der gegenseitigen Abstände, eine Rolle spielen. Dies ist aber nur eine Vermutung von mir. Leider gibt es darüber offensichtlich wenig Literatur.
Christian

Hallo,

H2 dürfte kaum Schwingungen machen. Als homonukleares Molekül hat es keine erlaubten Schwingungs-Rotations-Übergänge. Zumindest nicht in Dipolnäherung, in Quadrupolnäherung schon.

Was noch eine Rolle spielen und zur beobachteten Verbreiterung beitragen könnte, wären schnelle angeregte H-Atome. Verbereiterung also durch den Doppler-Effekt.
Eine experimentelle Arbeit mit Wasserstoff-Entladungsplasmen und dem passenden Titel "Excessive Balmer line broadening ..." findet man hier:
https://www.researchgate.net/publicatio ... n_hydrogen

Viele Grüße,
Karlheinz

Linien des H2 Moleküls sind hier definitiv nicht zu sehen. Das muss in jedem Falle vom H-Atom kommen. Ich bin mittlerweise auch etwas verwirrt, weil ich auch die H-alpha Linie in einem anderen Starter Philips S10 gesehen habe, jedoch deutlich schwächer (ist ja nur eine Frage der Beimengung), aber in jedem Fall in der Linienbreite unterhalb der Geräteauflösung also deutlich schmäler als im obigen Fall. Das ganze hat wohl was mit den speziellen Eigenschaften der jeweiligen Starterlampen (Elektrodenanordnung, interne Spannungsverhältnisse etc.) zu tun.
Danke schon mal für die bisherigen Hinweise.
Franz

Hallo,
die Linienverbreiterung könnte zumindest teilweise auch auf einfach ionisiertes Helium (He+) zurückzuführen sein. Diese Spektrallinien gehören zur Pickering Serie. Sollte das zutreffen , müsste bei 5412 A eine Linie zu sehen sein.
Vergleich der Spektrallinien[1]
Balmer Pickering
656,3 nm 656,0 nm
– 541,2 nm
486,1 nm 485,9 nm
– 454,2 nm
434,0 nm 433,9 nm
– 420,0 nm
410,2 nm 410,0 nm
Leider stehen die Werte nicht exakt untereinander, aber ich glaube die Tabelle ist verständlich.

Christian

Interessanter Hinweis. Das Thema HeII war mir neu. Ich habe jedoch keinerlei weitere Linien gefunden, die auf HeII hinweisen, sodass ich weiterhin auf H tippe. Die zitierten Veröffentlichungen zum Starkeffekt bei H zeigen Linienbreiten im Bereich 0,1- 0,2nm bei H-alpha, was meinen Beobachtungen recht nahe kommt. Vielleicht werde ich dem mal weiter nachgehen, obwohl das beobachtete Phänomen in meiner Starter-Lampe für Astronomen nicht relevant ist.
Grüße
Franz