Što je spektroskopija?

Source: http://loke.as.arizona.edu/~ckulesa/camp/spectroscopy_intro.html

Spektroskopije odnosi na disperzije svjetlosti objekta je na sastavne boje (i.e. energije). Izvođenjem ovog seciranje i analizu svijetlo objekta, astronomi mogu zaključiti fizičke osobine tog predmeta (kao što su temperatura, masa, sjaj i sastav).

Ali, prije nego što je jurnulo strmoglavo u divljinu i dlakavog području spektroskopije, moramo pokušati odgovoriti na neka naizgled jednostavna pitanja, kao što je ono što je svjetlost? I kako to ponaša? Ova pitanja mogu izgledati jednostavno za vas, ali oni su predstavili neke od najtežih konceptualni izazova u dugoj istoriji fizike. To je bila samo u ovom stoljeću, sa stvaranjem kvantne mehanike koje smo stekli kvantitativno razumijevanje kako lagan i atoma raditi. Vidiš, pitanja postavljamo nisu uvijek lako, ali da razumiju i riješe njih će otključati novi način gledanja na naš svemir.

Priroda svjetlosti

Da bi se shvatio procese u astronomiji koji generiraju svjetlost, prvo moramo shvatiti da svjetlost se ponaša kao val. Svetlost ima svojstva čestica poput previše, tako da je to zapravo prilično iskrivljenu zvijer (što je razlog zašto je trebalo toliko godina da shvatim). Ali sada, hajde da istražimo svjetlo kao talas.

Zamislite sebe barska oko na Ocean Beach na trenutak, i gledati mnoge vode valova brišući pored vas. Talasi su poremećaji, valovi na vodi, i oni imaju određene visine (amplitude), uz određeni broj valova juri pored vas svake minute (frekvencija) i sve kreće karakteristika brzinom preko vode (brzina talasa). Obratite pažnju na udaljenost između uzastopnih valova? To se zove valne duljine.

Imajući to analogija na umu, ostavimo okeana plaža za neko vrijeme i razmišljati o svjetlosti kao talas. Brzina talasa lakog vala je jednostavno brzina svjetlosti i različite talasne dužine svetlosti manifestuju kao različite boje! Energiju lakog vala je obrnuto proporcionalno svojim valne duljine; drugim riječima, niskoenergetske valovi imaju duge talasne dužine, i visoke energije svjetlosne valove imaju kratak talasnih dužina.

Elektromagnetskog spektra

Fizičari klasifikaciju svjetlo talasa svoju energiju (talasnih dužina). Označeni u povećanju energije, možemo izvući čitav elektromagnetnog spektra kao što je prikazano na slici u nastavku:

Elektromagnetskog spektra. Obratite pažnju kako mali vidljivom području spektra, u odnosu na čitav spektar talasnih dužina.

Imajte na umu da radio, TV i mikrovalna pećnica signali su sve svjetlosne valove, oni jednostavno leže u talasnih dužina (energije) koji Vam zanimljive, ne odgovara. Na drugom kraju ljestvice, čuvajte visoke energije UV, x-ray i gama-ray fotona! Svaka nosi puno energije u odnosu na svoje braće visible- i radio-talasa. Oni su razloga zašto treba nositi kremu za sunčanje, na primjer.

Kada gledamo svemir u različite “light”, i.e. u “ne-vidljivi” talasne dužine, ispitujemo različite vrste fizičkog stanja – i vidimo nove vrste objekata! Na primjer, visoke energije gama i X-ray teleskopi imaju tendenciju da vide najenergičniji dinamo u kosmosu, kao što su aktivni galaksija, ostaci od masivnog umire zvezda, nagomilavanja materije oko crne rupe, i tako dalje. Vidljivo svjetlo teleskopi najbolje sonda svjetlo u produkciji zvijezde. Duže valne duljine teleskopa najbolje sonda tamne, hladne, nejasan struktura u svemiru: prašnjave formiranja zvezda regija, tamno hladno molekularnih oblaka, iskonska zračenje koje emituju formiranje svemira neposredno nakon Velikog praska. Samo kroz studiranje astronomskih objekata na različitim talasnim dužinama su astronomi u stanju da sastavimo koherentan, cjelovitu sliku o tome kako svemir funkcionira!

Generalne vrste spectra

Obično se može posmatrati dva prepoznatljiv klase spektra: kontinuirana i diskretna. Za kontinuirani spektar, svjetlo se sastoji od širokog, kontinuirani spektar boja (energije). Sa diskretnim spektara, jedan vidi samo svijetle ili tamne linije na vrlo različite i oštro definirane boje (energije). Kao što ćemo otkriti uskoro, diskretni spektar sa svijetlim linijama nazivaju emisije spektara, one s tamnim linijama se nazivaju apsorpcije spektra.

Kontinuirano spectra

Kontinuirani spektar proizlaze iz gustog plinova ili tvrdih predmeta koji zrače svoju toplinu dalje kroz proizvodnju svjetlosti. Takvi predmeti emituju svjetlost u širokom opsegu talasnih dužina, tako da je očito spektra čini glatkom i kontinuirano. Stars emituju svjetlost u pretežno (ali ne u potpunosti!) Kontinuiranog spektra. Drugi primjeri takvih objekata su sijalice sa žarnom niti, električni štednjak sa dvije ringle, plamen, vatra hlađenje žar i … ti. Da, ti, ovog trenutka, emitujemo kontinuirani spektar – ali svjetlosne valove ti emitting nisu vidljivi – oni leže u infracrvenim talasnim dužinama (i.e. niže energije i duže talasne dužine od čak crveno svjetlo). Ako je infracrveni osjetljive oči, mogli ste da vidite ljude kontinuiranog zračenja koje emitiraju!

diskretni Spectra

Diskretni spektar su vidljivi rezultat fizike atoma. Postoje dvije vrste diskretne spektara emisije (svijetle linije spektra) i apsorpcija (tamna linija spektar). Hajde da pokušamo da shvatimo gdje ove dvije vrste diskretnih spektara.

Emisije linija spectra

Za razliku od kontinuiranog izvora spektra, što može imati bilo kakve energije želi (sve što morate učiniti je promijeniti temperaturu), elektron oblaka oko jezgra atoma može imati samo vrlo specifične energije diktira kvantne mehanike. Svaki element na periodni ima svoj skup mogućih nivoa energije, a uz nekoliko izuzetaka nivoima su različita i prepoznatljiva.
Atomi će također imaju tendenciju da se nastane na najniži nivo energije (u žargonu Spektroskopista-a, to se zove osnovno stanje). To znači da je uzbuđen atom u viši energetski nivo mora `izbaciti nešto energije. Način na koji atom `deponija ‘da je energija koju emituju talas svjetlosti s tim tačnim energije.

U dijagramu, atom vodonika opada od 2. nivo energije do 1., dajući off val svjetlosti sa energetskim jednak razlici energije između nivoa 2 i 1. Ova energija odgovara na određenu boju ili talasne dužine svjetlo – i na taj način vidimo svijetla linija tog istog valne duljine! … emisije spektra je rođen, kao što je prikazano u nastavku:

Uzbuđeni Hydrogen atom opušta od nivoa 2 do nivoa 1, što daje foton. Ovo rezultira u svijetle emisija liniju.

Tiny promjene energije u atomu generirati fotona sa malim energijama i duge talasne dužine, kao što su radio talasa! Isto tako, veliki promjene energije u atomu će značiti da će visoke energije, kratkog valne duljine fotona (UV, x-ray, gama-zraci) emituje.

Apsorpcija linija spektra

S druge strane, ono što bi se dogodilo da smo pokušali preokrenuti taj proces? To jest, ono što bi se dogodilo ako bismo ispalili ovaj poseban foton natrag u osnovno stanje atom? Tako je, atom mogao apsorbirati da `specijalno energičan ‘fotona i postati uzbuđen, skakanje iz temelja države na viši nivo energije. Ako zvezda sa `kontinuirani ‘spektra sija na atom, valnih duljina odgovara moguće energije prijelaza u okviru tog atoma se apsorbira i zato promatrača da ih vidimo. Na ovaj način, tamno-line apsorpcije spektra je rođen, kao što je prikazano u nastavku:

A atom vodika u osnovnom stanju uzbuđuje foton upravo `pravo ‘energije potrebne da ga pošalje na nivo 2, upijajući fotona u tom procesu. Ovo rezultira u tamnoj apsorpcije linije.

 

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *