为什么只有Balmer系列的氢光谱可见？

Question

当我阅读氢光谱时，我看到了关于巴尔默系列的声明：

我们只能看到Balmer系列的氢光谱。

根据我对氢光谱的研究，Balmer系列是肉眼可见的，因为宇宙中存在的氢原子.虽然宇宙中也存在其他系列，但在氢介质中传播。为什么我们不能在氢光谱中看到其他系列？

Answer 1

我们之所以只看到“巴尔默级数”，是因为它的频率（光子能量=普朗克常数×频率）对应于可见光区域在电磁频谱中。

什么是可见光，为什么（以及如何）对我们人类可见？

所有电磁辐射都被认为是光，但只有一部分电磁辐射（我们称之为可见光）对人类可见。我们眼睛的视锥细胞是视网膜中的一种感光细胞，其功能是作为接收器进行校准，以检测光谱中特定区域的波长。光谱的其他部分的波长太强（太大或太小），我们的生物感官无法处理。⁽¹⁾

大多数人可以视觉感知400至780纳米（nm）左右的波长。人类可见光谱的极限还没有明确界定；相反，它们本身就是光谱。色觉是来自视锥内三种视觉色素类型的信号组合的结果：红色、绿色和蓝色，它们分别与视锥类型L、M和S（RGB-LMS）相关。这也被称为三色视觉。这些颜色对应于改性生色团（一种吸收特定波长的光并因此发出颜色的分子）的峰值光吸收强度的波长。L锥的峰值吸收在555和565 nm之间，M锥在530和537 nm之间，S锥在415和430 nm之间。因此，色觉是由移位锥体的峰值吸收水平以及大脑对这些波长吸收点组成的解释产生的。整个过程通常被称为“维甲酸循环”⁽²⁾（由于这与生物学有关，我不会在Chem SE上深入探讨。）

有趣的是，眼睛的老化过程会导致一个人一生中的视力和对光的敏感性发生变化。随着年龄的增长，透镜的透明度降低，尤其是可见光谱的短波段（蓝光）。⁽³⁾

参考文献：

(1)https://science.nasa.gov/ems/09_visiblelight/
(2)https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK470227/
(3)https://www.bfs.de/EN/topics/opt/visible-light/introduction/introdition.html

Answer 2

因为这就是太阳（或者更准确地说，是它的光球层）的温度。我们的眼睛进化到可以看到太阳光峰值强度范围内的东西，这特别适合巴尔默系列。

在主序列中，一颗与太阳质量一样大的恒星的温度大致在大多数黑体辐射光子能量的1-3电子伏范围内$n=1$在给定氢总基态电离能为13.6 eV的情况下，能级包括10 eV或更高的跃迁，而Paschen级数下降到$n=3$水平基本上都在1 eV以下。就像儿童故事中著名的粥一样，巴尔默系列正好适用于1-3 eV范围，在该范围内，大多数辐射以及我们进化后看到的太阳辐射都是散发出来的。

Answer 3

每个系列定义了当电子从较高轨道下落时所获得的波长。能量的大小在很大程度上取决于它下降到的轨道，而下降到第一个轨道的能量最大。

氢_光谱_系列

由A_hidrogen_szinkepei.jpg（中文）：用户：Szdoridrivework:OrangeDog（talk•手工艺品) -A_hidrogen_szinkepei.jpg（中文）,CC乘以2.5,链接

• 莱曼级数表示下降到第一轨道，是能量最大的。这些光子都在紫外线范围内
• 巴尔默级数表示下降到第二轨道。其中能量最大的在可见范围内，其他的在红外范围内。
• 另一系列是针对第三个和更多轨道的，因此发射出的光子能量更少，因此它们处于红外线中

由橙色小狗,抄送BY-SA 3.0,链接

Answer 4

学校和大学的教科书训练我们的思维，让我们认为所有问题都有答案。有时，对于非常简单的问题，没有已知的答案。可能有看似合理的答案，但没有明确的答案。为什么我们有两只眼睛，而不是像蜻蜓一样的复眼？至于为什么人类可以看到一定数量的氢原子跃迁，最诚实的答案是没有人真正知道。为什么我们不能像蜜蜂一样看到紫外线？人类视觉进化为能看到富含氢的太阳可见光谱的假设是因果关系的谬误。太阳在红外线中也发射出大量能量，但人类可以感受到红外线的影响，但却看不到。阳光明媚的日子里，一辆炙热的汽车会提醒人们红外线的存在。Balmer系列在人类可见区域光谱中的能见度是重合重叠而不是直接的因果关系。