Естественная форма линии возникает в идеальных условиях, если атом покоится в лабораторной системе отсчета и не подвергается в процессе излучения внешним воздействиям. Реальные источники излучение представляют собой совокупность большого числа атомов (молекул), взаимодействующих с окружающей средой и друг другом. Это приводит к дополнительному уширению спектральных линий. Существует две группы факторов, влияющих на ширину спектральных линий. Первая – вызывает в излучении каждого атома одинаковое уширение линии. Это – однородное уширение. Вторая группа причин вызывает у разных атомов разную величину уширения линий. Спектральные линии таких источников можно представить как наложение спектральных линий, излучаемых отдельными атомами. Такое уширение называют неоднородным уширением.
Согласно классическим представлениям процесс столкновения приводит к нарушению (обрыву) процесса излучения классического осциллятора. В результате этого наблюдаемое время жизни (в отличие от радиационного) уменьшается. Это приводит к уширению контура излучаемой линии. Уширение спектральных линий, причиной которых является столкновение атомов, называется ударным.
Если средний промежуток между столкновениями  много меньше естественного времени жизни осциллятора τ₀, ( Δt<<τ₀), то уменьшение амплитуды за время между столкновениями можно не учитывать, и для определения спектра интенсивности можно использовать выражение:
 

Однако, здесь необходимо учесть то обстоятельство, что промежутки времени между столкновениями являются случайными и описываются распределением Пуассона. Поэтому спектральная линия излучения в этом случае будет определяться функцией Лоренца:
 

Форма линии (спектральная плотность энергии излучения), которая определяется равенством (1) называется лоренцевым контуром. Ударное уширение является однородным. Контур однородно уширенной линии описывается функцией Лоренца. Этот вид уширения особенно проявляется для газов, находящихся при высоких температурах и больших давлениях. В современных ртутных лампах сверхвысокого давления, где давление паров ртути достигает 20—30 атм, «линии» ртутного излучения настолько уширены, что само выражение «спектральные линии» теряет смысл. Заметное уширение спектральных линий также наблюдается при добавлении к светящемуся газу значительных количеств постороннего газа.
Доплеровское уширение – наиболее существенная причина, которая определяет ширину спектральных линий. Например, при комнатных температурах для водорода доплеровская ширина спектральной линии почти в 500 раз больше естественной.
 

***

 

Ширина спектральных линий – интервал частот v, или длин волн A = с/v, с – скорость света, характеризующий спектральные линии в спектрах оптических атомов, молекул и др. квантовых систем. Каждому излучательному квантовому переходу между дискретными уровнями энергии E_k и E_i соответствует некоторый интервал дельта vki частот, близких к частоте перехода v_ki = (E_k − E_i )/h. Значение дельта vki определяет ширина спектральных линий – степень немонохроматичности данной спектральной линии. Контур спектральной линии y(v) – зависимость интенсивности испускания (поглощения) от частоты, обычно имеет максимум при частоте перехода v_kiили вблизи неё; за ширину спектральных линий принимают разность частот, которым соответствует уменьшение интенсивности вдвое. Если не учитывать Доплера эффект, ширина спектральных линий дельта v_ki определяется суммой ширин уровней энергии E_k и E_i: дельта v_ki = (E_k − E_i )/h = (1/t_k + 1/t_i )/2п, т. е. дельта v_kiтем больше, чем меньше времена жизни t_k и t_i .
Симметричный контур спектральной линии. Частоте vki соответствует максимальная интенсивность y(v) испускания; дельта v_ki– ширина спектральной линии, равна интервалу между частотами, которые соответствуют интенсивности, вдвое меньшей максимальной.
Радиационная (естественная) ширина спектральных линий соответственно равна: ( дельта v_ki)рад = (А_k + А_i)/2п (гдеА_k и А_i– полные вероятности спонтанных переходов с уровней E_k и E_i (на все нижележащие уровни); она очень мала и обычно ширина спектральных линий для атомов и молекул определяется в основном уширением их уровней энергии при взаимодействии с окружающими частицами (в газе и плазме – при столкновениях), а также уширением спектральных линий вследствие эффекта Доплера. В зависимости от типа уширения получается симметричный или асимметричный контур спектральных линий.
 

Спектральные линии – узкие (ширина много меньше длины волны) участки в спектрах, на которых интенсивность излучения усилена (линии излучения, или эмиссионные линии) либо ослаблена (линии поглощения, или абсорбционные линии) по сравнению с непрерывным спектром. Чаще всего спектральные линии возникают при переходах с одного на другой уровень энергии атомов, ионов, молекул и атомных ядер. При исследовании профилей узких спектральных линий. (менее 1) особое значение приобретает учет разрешающей способности спектрального прибора (инструментального профиля). При изучении спектров слабых объектов эффективно используются электронные усилители изображения – электронно-оптические преобразователи. Используя теорию уширения а спектральных линий и теорию переноса излучения в звездных атмосферах, можно получить зависимость между эквивалентной шириной силовых линий и величиной, пропорциональной концентрации атомов в соответствующем энергетическом состоянии. Сравнение теоретических кривых роста с кривыми, полученными из наблюдений, позволяет определять относительный химический состав и турбулентные скорости в звездных атмосферах. Таким образом установлено, что наиболее обильный элемент, содержащийся в звездном веществе – водород (составляет около 70% от массы всех элементов), следующий по распространенности элемент – гелий, затем идет углерод. Исследование спектральных линий дает наиболее детальную информацию о физических условиях на небесных телах, для которых удается получить достаточно подробные спектры.
Уширение спектральных линий особенно проявляется для газов, находящихся при высоких температурах и больших давлениях. В современных ртутных лампах сверхвысокого давления, где давление паров ртути достигает 20–30 атм, «линии» ртутного излучения настолько уширены, что само выражение «спектральные линии» теряет смысл. Заметное уширение спектральных линий также наблюдается при добавлении к светящемуся газу значительных количеств постороннего газа.