Се́рия Ла́ймана — серия спектральных линий в спектре атома водорода. Эта серия образуется при переходах электронов с возбуждённых энергетических уровней на первый невозбуждённый уровень основного состояния атома водорода в спектре излучения (эмиссионном спектре) и с первого уровня на все остальные в спектре поглощении.
Переход с ближайшего верхнего уровня на некоторый уровень во всех спектральных сериях водорода обозначается греческой буквой α , {\displaystyle \alpha ,} со следующего — буквой β {\displaystyle \beta } и т. д. Для обозначения самой серии Лаймана используется либо латинская буква L {\displaystyle L} , либо сокращение L y {\displaystyle Ly} . Таким образом, полное обозначение спектральной линии, возникающей при переходе электрона со второго уровня на первый — L α {\displaystyle L_{\alpha }} или L y {\displaystyle Ly} α (произносится: Лайман альфа), с третьего L β {\displaystyle L_{\beta }} или L y {\displaystyle Ly} β и т. д.
Серия названа в честь американского физика Теодора Лаймана, открывшего эту серию в 1906 году.
Формула Ридберга для серии Лаймана выглядит следующим образом:
где n {\displaystyle n} — главное квантовое число — натуральное число, большее либо равное 2;
Самая коротковолновая граница серии Лаймана 91,175 нм, что соответствует энергии 13,6 эВ — минимальной энергии ионизации невозбуждённого атома водорода. С этой стороны в наблюдаемом спектре водорода к серии Лаймана примыкает сплошной спектр, соответствующей энергиям, превышающим энергию связи электрона и протона в атоме водорода.
Все линии серии Лаймана находятся в ультрафиолетовом диапазоне:
Длина волны 91,15 нм называется пределом серии Лаймана. Самые древние звёзды состоят преимущественно из водорода, поэтому в их спектре нет спектральных линий короче этого предела. Вследствие этого резкое падение интенсивности их спектра в коротковолновой части может быть однозначно интерпретировано как наблюдение предела Лаймана. При этом из-за расширения Вселенной предел Лаймана испытывает красное смещение, которое может быть вычислено по наблюдаемой длине волны предела и известному значению для покоящегося относительно наблюдателя газа. Кроме того, существует связь между красным смещением и расстоянием до звезды. Таким образом, наблюдение предела Лаймана позволяет определять расстояние до далёких и древних звёзд.
Линии серии Лаймана представляют особый интерес для астрономов, изучающих звезды и галактики по красному смещению. Из-за красного смещения свет далёких галактик и квазаров находится частично в видимом или инфракрасном спектральном диапазоне, что позволяет исследовать крупномасштабное распределение водорода во Вселенной по анализу поглощения линии Лайман-альфа в межгалактическом нейтральном водороде даже наземными обсерваториями (см. Лес Лайман-альфа)[1].
Ещё одна область применения — метеорология. Гигрометры, принцип действия которых основан на измерении интенсивности линии Лайман-α, используются для измерения влажности верхних слоёв атмосферы, оборудование устанавливается на исследовательских самолётах[2].