禁线

化学上的概念

禁线或禁止机制（forbidden mechanism, forbidden line）是化学上的概念，它是原子在量子力学通常的选择定则下不被接受的能量转移发射谱线。

简介

在化学，“被禁止的”意义是在理想的对称情况下，自然的法则下绝对不可能的。虽然这种转换是在“技术上被禁止的”，但它们自然发生的概率并不是零。如果原子或分子被激发至受激状态，虽然蜕变概率是极端的低，但是原子或分子仍然可能做一个允许的跃迁，经由其它另行激发状态，进入较低的能级，而它几乎一定会这样做。

禁线是禁戒跃迁（Forbidden Transition）产生的谱线。禁戒跃迁是指跃迁概率很小的跃迁。通常的谱线是由偶极辐射产生，这是服从选择定则的。但四极辐射和磁偶极辐射不是绝对服从选择定则的，在适当条件下虽然违背选择定则，但也可以观察到这种跃迁，即为禁戒跃迁。相应的谱线即为禁线。

符号

原子或分子的禁线跃迁会在其符号的前后加上方括号作为识别，例如[O III]或[S II]。

禁戒跃迁

如果从某一高能态向下的跃迁中既有容许跃迁又有禁戒跃迁﹐那么从这个高能态发出的禁线就绝不可能达到较大的相对强度﹐通常也就观测不到。只有高能态是亚稳态(亚稳态即指在该能态的原子除了进行禁戒跃迁之外不能向低能态跃迁)时﹐禁线才有可能观测到。谱线的强度决定于处于高能态的原子数与跃迁概率的乘积。为了使禁线达到较大的强度﹐必须要求有足够多的原子停留在亚稳态。但是﹐处于亚稳态的原子还可以通过其他途径离开亚稳态。例如在辐射场作用下o原子可能被激发到更高的能态或被电离﹐原子也可能与其他粒子碰撞而离开亚稳态。在通常实验室的条件下﹐禁线不可能出现。只有在辐射密度和物质密度都足够小的条件下﹐禁线才可能有较大的相对强度。在气体星云里﹐这两个条件都能满足﹐因此禁线可以出现。在气体星云的光谱中﹐最强的禁线是二次电离氧[OⅢ]﹐电离氧[OⅡ]﹐电离氮[NⅡ]等。同样﹐在日冕的物理状态也极有利禁线的产生﹐因而在日冕光谱里出现日冕禁线。

在天文物理和原子物理

在极低密度的气体、等离子体，也就是在外太空或地球极端上层大气中可以观测到禁线。在太空的环境，每立方公分可能只有几颗原子，使得原子之间很难发生碰撞。在这样的条件下，一旦原子或分子无论是什么原因被激发至介稳状态，几乎就可以肯定会经由禁线辐射光子释放能量。由于介稳状态是相当罕见，但禁戒跃迁发射出的光子在太空中超低密度的气体中却占了很大比例。禁戒跃迁在高电荷态离子中可以产生可见光、真空紫外线、软X射线、和硬X射线的光子；在某些实验，像是电子束离子阱和离子储存环的例行观测中都能检测到。在这两种情况下，气体的密度都非常低，在产生禁线发射之前，被激发的原子不会与其它的原子发生碰撞而被再激发。使用激光光谱技术，禁制跃迁可以用来稳定可用有着最高精度的原子钟和量子钟。

氮（[N II]在654.8和658.4奈米）、硫（[S II]在671.6和673.1奈米）、和氧（[O II]在372.7奈米，[O III]在495.9和500.7奈米）的禁线，是在天体物理等离子体最常观测到的。这些谱线在行星状星云和电离氢区的能量平衡上非常的重要。氢的21公分线能让很冷的中性氢能被看见，因此在电波天文学中特别重要。同样的，在金牛T星的光谱线中的[O I]和[S II]的禁线，意味着气体的密度非常的低。

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