안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
선스펙트럼이 연속적인 무지개 색이 아니라 특정 파장에서만 밝거나 어둡게 나타나는 이유는 원자 내부 전자의 에너지가 연속적이지 않고 정해진 값만 가질 수 있는 양자화 상태이기 때문입니다.
원자핵 주변을 도는 전자는 아무 위치에나 존재할 수 없고, 특정 에너지 준위에만 존재할 수 있으며, 전자는 특정 에너지 값 사이의 중간 값을 가질 수 없습니다. 전자가 한 궤도에서 다른 궤도로 이동하는 것을 전이라고 하며, 두 궤도의 에너지 차이 만큼의 빛 에너지를 정확히 흡수하거나 방출합니다. 에너지 차이가 불연속적인 특정 값으로 고정되어 있기 때문에, 이 과정에서 이동하는 빛의 파장 역시 특정 숫자로 정해진 파장만 나타나게 됩니다.
방출 스펙트럼은 고온의 기체나 전기를 얻어 자극받은 원자로 높은 에너지 궤도로 올라갔던 불안정한 전자가 다시 아래쪽의 안정된 궤도로 떨어질 때, 두 궤도의 차이만큼에 해당하는 에너지의 빛을 밖으로 뿜어냅니다. 검은 바탕에 전자가 떨어질 때 방출한 특정 파장의 빛만 밝은 선으로 찍히게 됩니다.
흡수 스펙트럼은ㅊ모든 파장이 섞인 연속적인 빛이 저온의 기체를 통과할 때 나타나며, 연속적인 빛 속을 통과하던 중, 기체 속 전자가 자신이 위 궤도로 올라가는 데 필요한 에너지와 정확히 똑같은 파장의 빛만 쏙 흡수해 버립니다. 기체를 통과하고 나온 빛을 분광해보면, 전자가 흡수해버려 비어버린 특정 파장 자리에 어두운 선이 남게 됩니다.
원소마다 원자핵의 양성자 수가 다르고 전자 배치 구조가 다르기 때문에 원소마다 전자가 가진 궤도 간의 에너지 격차가 전부 제각각입니다. 따라서 수소, 리튬, 헬륨 등 물질에 따라 방출하거나 흡수하는 빛의 파장이 완벽히 달라지므로, 선스펙트럼은 원소를 식별하는 원자의 지문 역할을 하게 됩니다.