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이론적으로 에너지 준위 간 전이는 특정한 파장에서만 일어나지만, 실제로는 여러 요인으로 인해 방출·흡수되는 광자의 에너지가 퍼지게 된다. 이로 인해 스펙트럼선은 하나의 선이 아니라 폭을 가진 분포로 관측된다.
원자나 분자가 열운동으로 인해 관측자에 대해 서로 다른 속도를 가질 경우, 도플러 효과에 의해 스펙트럼선이 넓어진다. 온도가 높을수록 도플러 선폭은 커진다.
도플러 선폭은 다음과 같이 표현된다.
도플러 선폭은 다음과 같이 표현된다.
입자 간 충돌로 인해 에너지 준위가 교란되면서 선폭이 증가한다. 이를 압력 선폭 또는 충돌 선폭이라 하며, 밀도가 높은 환경에서 두드러진다. 밀도가 낮은 거성의 스펙트럼선 폭이 주계열성에 비하여 얇은 이유이다.
망원경과 분광기의 분해능 한계로 인해 발생하는 선폭 증가로, 관측 장비 자체의 특성에 따른 것이다.
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