Спектральный анализ в астрономии — все о космосе

Спектральный анализ

Спектральный анализ в астрономии - все о космосе

Спектральный анализ — главный метод определения химического состава удалённых светящихся объектов, например, звёзд. Первыми элементами, открытыми посредством этого метода, стали цезий и рубидий. А вскоре обнаружился и гелий, причём, на Солнце его открыли на 27 лет раньше, чем на Земле.

Всем известны семь основных цветов, распознаваемых нашим глазом, но ещё есть оттенки в переходе от одного цвета к другому. Свет – это смесь электромагнитных колебаний, и каждое колебание имеет свою длину волны, и, соответственно, свой цвет.

 Пропуская свет от объекта через призму, его разлагают на спектры. От получившейся картины (спектрограммы) и делают выводы о характеристиках испустившего свет объекта. Пример из жизни — радуга после дождя.

Капли дождя разлагают свет, летящий от солнца на семь основных цветов. Единица измерения длин волн –

Все спектры, которые возможно наблюдать, подразделяются на три класса:

  1. Линейчатый спектр излучения. Эмиссионные линии испускаются нагретым газом, находящимся в разреженном состоянии.
  2. Непрерывный спектр.

     Эти виды спектров получаются у твёрдых тел, жидкостей, а также горячих непрозрачных газов.

  3. Линейчатый спектр поглощения.

     Спектр образуется, если излучение от горячего тела, обладающего непрерывным спектром, проходит сквозь разреженную холодную среду.

Применение в астрономии

Спектральный анализ очень широко применяется в современной астрономии. Это метод, способный выдавать самые подробные и уникальные сведения об объектах космоса. 

Анализируя излучения объекта, можно очень точно установить его основные характеристики. 

Распространение света имеет вид электромагнитных волн. Для каждого цвета характерна длина волны определённой величины. Длина волны уменьшается в спектре от 7000 Ангстрем до 4000 Ангстрем, от красных лучей – к фиолетовым. После фиолетовых лучей располагаются ультрафиолетовые лучи. Они не улавливаются глазом, но фиксируются приборами.

После ультрафиолетового идут рентгеновские лучи — они имеют еще меньшую длину волны.

Другая сторона спектра, красная, продолжается инфракрасными лучами, также невидимыми человеческому глазу, но улавливаемыми специально подготовленными фотопластинками.

Спектральные наблюдения – это исследования лучей в диапазоне цветов от ультрафиолетового до инфракрасного.Насыщенность спектральных линий определяет количество молекул и атомов, излучающих или поглощающих энергию. Количество атомов тем больше, чем ярче линия в излучаемом спектре и темнее в поглощаемом.

Для Солнца и всех остальных звёзд характерно наличие газовой атмосферы. Излучение, проходящее через атмосферу, проявляется тёмными линиями поглощения на непрерывном спектре видимой поверхности. Для таких объектов – это спектры поглощения.

Спектральный анализ, базирующийся на принципе Доплера, позволяет определять скорости движения небесных тел относительно нашей планеты по лучу зрения. У Приближающегося к наблюдателю источника света укорачиваются длины волн, а если источник удаляется, то длины волн будут увеличиваться.

 Если тело движется на Земле, то его скорость вызывает ничтожные смещения линий в спектре. И даже скорости небесных тел, имеющие значения десятков и сотен км./сек., видимы в настолько малых смещениях, что наблюдение их на спектрограммах реально только помощи микроскопа.

Полученная спектрограмма светила сравнивается с эталонами, которыми служат спектрограммы земных источников излучения, например, неоновой лампы. Относительно неподвижного спектра в эталонах определяется сдвиг спектральных линий наблюдаемого объекта. Этот сдвиг очень мал, и величина его исчисляется десятыми и сотыми долями миллиметра.

Значение для космологии

В настоящее время все спектры химических элементов определены и сведены в специальные таблицы. Спектральный анализ позволил открыть некоторые неизвестные элементы, например, рубидий и цезий.

 И эти новые элементы иногда получали названия, соответствующие цветам преобладающих линий спектра: рубидий даёт тёмно-красные линии, а цезий (небесно-голубой) – голубые. Только спектральный анализ помог определить химический состав нашего светила и других звёзд. Использование иных методов для достижения этой цели не представляется возможным.

Как оказалось, и на нашей планете, и на далёких звёздах присутствуют одинаковые химические элементы. Астрофизика, используя спектральный анализ, узнаёт характеристики, которыми обладают звёзды, газовые облака и другие объекты. Это химический состав, температура, скорость движения, магнитная индукция, давление.

Все эти величины определяются только анализом спектральных линий космических объектов. Приняв на вооружение эффект Доплера, стало возможным измерение лучевых скоростей тысяч звёзд, газовых туманностей и других внегалактических объектов. Определились закономерности движения отдельных светил и вращения звёздных систем. Были установлены величины масс галактик и звёздных скоплений.

Используя эффект, открытый голландским физиком Зееманом, можно определять параметры космических магнитных полей. Сильные магнитные поля расщепляют линии спектра. Такой эффект создаёт и поле электрическое, которое может возникать в звезде на непродолжительное время (эффект Штарка).

Ещё по теме:

by HyperComments

Источник: http://light-science.ru/fizika/spektralnyj-analiz.html

Все о космосе

Кульминационным пунктом многих приключенческих и детективных романов является расшифровка какой-либо тайнописи, шифра или кода. Да и тогда, когда сы­щик по еле заметным следам восстанавливает картину преступления и находит преступника — это тоже рас­шифровка информации, находившейся до этого в скры­том состоянии.

Такие же проблемы приходится решать и астроно­мам. Вот космический свет пойман телескопом и зафик­сирован на фотопластинке. Что можно определить сра­зу, бросив взгляд на подобный снимок? Только то, как располагаются небесные светила и как они выглядят внешне.

Но следы, оставленные на фотоэмульсии, содер­жат в себе гораздо более богатую информацию. Вот тут-то астроном и должен превратиться в своеобраз­ного детектива. По этим малозаметным, часто загадоч­ным, а иногда и противоречивым следам ему предстоит восстановить картину далекого космического явления.

Что и говорить — увлекательнейшая задача!

Чтобы решить ее, приходится прибегать к помощи разных наук и в первую очередь физики. Именно физика подарила астрономам могущественный метод изучения световых лучей — метод спектрального анализа.

Спектр — своеобразный паспорт светового источника. В нем закодированы многочисленные сведения о веще­стве, испускающем, отражающем и пропускающем свет.

Так, например, положение линий спектра позволяет су­дить о химическом составе источника, а их интенсив­ность — о физических причинах свечения.

По распреде­лению энергии в спектре можно определить температуру источника, а по смещению спектральных линий — ско­рость движения светила в пространстве и особенности его вращения вокруг собственной оси.

 Но спектральный анализ далеко не единственный способ расшифровки информации, содержащейся в све­товых лучах. Существуют и другие методы. Например, метод светофильтров позволяет с помощью черно-белых фотографий определить цвет различных  деталей   па   поверхности планет.

Это пока что единственный способ, позволяющий по­лучить ответ на подобный вопрос, так как в силу це­лого ряда технических трудностей цветная фотография до сих пор почти не нашла себе применения в астрономии. Окружающий мир радует нас богатством цветов и оттенков.

Почему же мы видим различные предметы цветными? Дело в том, что их поверхности отражают не весь падающий свет, а лишь лучи определенных цве­тов, определенных длин волн, поглощая остальные. От­раженные лучи попадают в наш глаз и создают в нем цветное изображение. Чистый снег отражает почти все падающие на него лучи и потому кажется белым.

Крас­ный материал отражает только красные лучи, а осталь­ные поглощает. Зеленая листва отражает в основном зеленые лучи. Предметы, которые поглощают все лучи, представляются нам черными.

С другой стороны, всякое цветное стекло пропускает только лучи своего цвета: красное — красные, синее — синие, зеленое — зеленые. Поэтому если посмотреть па окружающие предметы через зеленое стекло, мы хорошо увидим только те из них, которые отражают зеленые лучи, т. е. другими словами, имеют зеленый цвет. Эти предметы будут казаться нам светлыми, а все осталь­ные черными или темно-серыми.

Если сфотографировать какой-либо космический объ­ект, например, Марс, через цветное стекло, то на нега­тиве темными получатся лишь те детали планеты, кото­рые имеют цвет светофильтра, все остальные детали ока­жутся светлыми. Фотографируя объект через различные светофильтры, можно выявить самые тонкие цветовые оттенки различных его областей.

Существует еще одни метод анализа космического света — так называемая астрофотометрия. Он заклю­чается в измерении и сравнении мощности световых по­токов, идущих от различных небесных тел. Астрофотометрические исследования имеют огромное значение для изучения природы небесных тел, а также для определе­ния расстояния до звезд и выяснения их истинных раз­меров.

Стоит упомянуть и о таком методе астрофизических исследований, как определение поляризации космиче­ского света. Свет — это колебания электромагнитного поля, перпендикулярные к направлению распростране­ния волны. В солнечном луче эти колебания происходят в самых различных плоскостях.

Но в некоторых случаях они совершаются в какой-либо одной определенной пло­скости. Такой свет называется поляризованным. Поля­ризация света — следствие определенных физических; процессов, происходящих либо в самом источнике излу­чения, либо на пути от источника к Земле.

Поэтому се измерения могут немало рассказать астрономам о тай­нах Вселенной.

В большинстве случаев поляризация носит лишь ча­стичный характер. Например, частично поляризован сол­нечный свет, отраженный поверхностью Луны.

Таковы некоторые способы расшифровки космической информации, содержащейся в световых лучах, приходящих к нам из глубин Вселенной, методы, с помощью которых исследователи космоса, преодолевают гигантские расстояния, проникают в сокровенные тайны мироздания.

Приглашаем Вас обсудить данную публикацию на нашем форуме о космосе.

Комаров В. Н. «Увлекательная астрономия» 1968 год. «Наука»

Источник: http://www.allkosmos.ru/kosmicheskij-detektiv-razgadka-spektr/

Cпектральный анализ звезд. Созвездие Орион

?mirai8 (mirai8) wrote,
2015-02-25 12:28:00mirai8
mirai8
2015-02-25 12:28:00Мы уже гоорили о том, что все во вселенной имеет собственный энергетический спектр.

Спектры есть и у звезд, и они напрямую связаны со спектрами монад, которые эманируют духовные порывы для того, чтобы они могли пройти эволюцию в материальных телах звездных (5м) и планетарных (3м) миров.В астрономии существует спектральная классификация звезд по ряду физических признаков.

Наиболее распространена эта:

Основная (гарвардская) спектральная классификация звёзд

КлассТемпература,KИстинный цветВидимый цветМасса,MРадиус,RСветимость,LЛинии водородаДоля* в глав. послед.%Доля*нa ветв. бел.к.%Доля* гигантских,%O

B

A

F

G

K

M

30 000—60 000 голубой голубой 60 15 1 400 000 слабые ~0,00003034
10 000—30 000 бело-голубой бело-голубой и белый 18 7 20 000 средне 0,1214 21,8750
7500—10 000 белый белый 3,1 2,1 80 сильны 0,6068 34,7222
6000—7500 жёлто-белый белый 1,7 1,3 6 средне 3,03398 17,3611 7,8740
5000—6000 жёлтый жёлтый 1,1 1,1 1,2 слабы 7,6456 17,3611 25,1969
3500—5000 оранжевый желтовато-оранжевый 0,8 0,9 0,4 очень слабы 12,1359 8,6806 62,9921
2000—3500 красный оранжево-красный 0,3 0,4 0,04 очень слабы 76,4563 3,9370

Однако видимый спектр звезды не всегда совпадает со спектром энергетическим. Также у звезд могут быть не только голубой, белый, желтый, оранжевый и красный, но и все 18 спектров. А если брать спектр пространства, в котором расположена звезда (а он вообще никак не наблюдается приборами), то и все 306 спектров.

Представление о спектрах помогает отслеживать взаимосвязи цивилизаций между собой и с Землей, и ее основными порталами или местами силы. Спектр места силы аналогичен спектру звезды, примеры есть в теме о порталах.

Также оно позволяет сформировать более четкое представление о разных ВЦ и разрешить некоторые споры, которые активно ведутся в эзотерической среде. Как правило, представление о цивилизациях зачастую очень абстрактное и размытое.

Здесь я, конечно, не ставлю цель в двух словах рассказать все подробности о ВЦ, но можно хотя бы разграничить основные тендеции и влияния — для начала, разграничив цивилизации отдельных звезд (и звездных систем) в созвездии по спектрам.

Как пример, возьмем созвездие Ориона, в котором на самом деле довольно много разноплановых миров.

Некоторые считают Орион родиной рептилий, некоторые — серых, а некоторые — славян и ариев. Правда же где-то посередине.

Ниже рассмотрим основные звезды в созвездии:

Ригель — бело-голубой сверхгигант, тройная звезда. Энергетический спектр: Ригель А — темно-синий на белом, Ригель Б — белый на голубом, Ригель С — синий на белом. Цивилизации ярко выраженного техногенного типа.

Много серых и других роботизированных рас, распространено чипирование и киборгизация. Основные зоны влияния на Земле: Петербург, Англия, США.

Ярким примером представителя этой цивилизации был Петр I, которые был также одним из ее главных творцов — реставрировал Петербург, активно продвигал технический прогресс и «европейские ценности».

Оттуда транслируются описания миров, где техническое «развитие» достигло апогея, нередко в антиутопическом ключе: Хаксли, Азимов, отчасти фильмы «Матрица» и т.д. Вибрационный уровень 3,5 из 100. (уровень указывается на текущий момент, по мере очищения он будет повышаться) Для сравнения — у Земли уровень 5, у Солнца 14 на сегодня.

Бетельгейзе — красный сверхгигант. Энергетический спектр темно-оранжевый на бирюзовом. Агрессивные цивилзации с выраженным рептилоидным управлением, строй близок иудейской теократии ветхозаветных времен.

Активно воюют с другими цивилизациями, организовывали десанты рептилоидов на землю. Связаны с иллюминатами и иудейскими жрецами. Основные сферы влияния — Египет, Израиль, Грузия (горские евреи), отчасти Испания и все «места силы» рептов.

Однако в ней нет высокого уровня технократии (они используют Ригелианцев как помощников, но сами не внедряют техниеческое управление). Ошибочно также считать, что в системе Бетельгейзе и Ориона в целом есть только рептилоиды.

Нормальных людей там тоже достаточно много, хотя им и приходится жить в рамках существующей системы. Вибрационный уровень 8.

Беллатрикс — бело-голубой сверхгигант. Энергетический спектр золотистый на темно-синем. Цивилизация духовно-техногненная.

Нет высокого уровня технократии, по общественному строю близка к Персии древних времен, идеология близка к зороастризму.

Явлаются активными игроками в дуальной игре, используют голограмму и виртуальные миры для повышения вибраций и оказания влияния на противников. Сферы влияния — Иран, отчасти Индия и Украина. Вибрационный уровень 13.

Альнилам — голубой сверхгигант. Энергетический спектр синий на желтом. Цивлизация техногенно-магическая. Преимущественно кастовый строй с властью кшатриев-воинов.

Проводит агрессивную политику, активно участвует во всех конфликтах, распространен культ Кали как богини разрушения и другие темные культы. Одна из родин змеиных рас нагов. Сферы влияния — Индия, Украина.

Изначально (до захвата рептилоидами) — предки южноарийских народов, как и с Беллатрикс. Вибрационный уровень 6.

Альнитак — голубой сверхгигант, тройная звезда. Энергетический спектр: Альнитак А — голубой на темно-синем, Альнитак Б — темно-синий на синем, Альнитак С — синий на темно-синем. Тоже ярко выраженная технократия, еще больше, чем в системе Ригеля.

Полная власть серых. Через эту звезду идет значительная часть техногенного управления другими цивилизациями, в том числе и землей. Там же системы компьютерного управления временными ветками и сознаниями людей. Основная сфера влияния — США.

Вибрационный уровень 2,5.

Саиф — бело-голубая звезда. Энергетический спектр темно-зеленый на черном. Основное место поддежки рептилоидов в 5 мерности.

Звезда представляет собой по сути энергетическую дыру, через которую проникает глобалная змея-кундалини, поддерживающая рептилоидную генетику.

Там же расположены инкубаторы рептилоидных яиц, змеиные деревья — генераторы рептилоидных форм и эманаций сознания для воплощений в физические тела и т.д. Чисто рептилоидная локация, людей нет. Вибрационный уровень 1.

Минтака — голубой сверхгигант, кратная звезда, состоит из двух бело-голубых гигантов. Энергетический спектр желтый на синем. Цивилизация духовная с ярко выраженным игровым аспектом, и сама парная структура звезды связана с дуальностью и игрой противоположностей. Особенно почитаются шахматы.

Как энергетическая структура, шахматная доска пронизывают всю звезду и распорстраняется на Землю и многие другие цивлизации. Можно сказать, это мир шахматистов. Шахматы там используются не только как развлечение, на и как активный способ магического управления реальностью. В целом относительно высокий уровень культуры, схожий с цивилизацией великих Моголов времен расцвета.

Сферы влияния — Индия, Украина, Ближний восток. Вибрационный уровень 11.

ВЦ, орион, спектры

Источник: https://mirai8.livejournal.com/7741.html

Спектральный анализ

Спектральный анализ в астрономии - все о космосе

Астрономические методы изучения Небесных светил — Спектральный анализ

В середине прошлого столетия был открыт спектральный анализ.

Он основан на том, что лучи разного цвета, из которых состоит свет того или иного источника, при переходе из одной среды в другую, например из воздуха в стекло, преломляются по-разному.

С тех пор этот метод анализа света совершенствуется и получает разнообразнейшие применения. Ему мы обязаны большинством наших сведений о физической природе и химическом составе небесных тел.

Спектральный анализ производится при помощи прибора, называемого спектроскопом (Рисунок 55). Спектроскоп состоит из одной или нескольких стеклянных призм и двух трубок.

Рисунок 55 — Схема устройства спектроскопа и спектрографа.

Одна из них (на рисунке — левая), называемая коллиматором, имеет на переднем конце узкую щель, через которую проходит свет изучаемого светила.

На другом ее конце находится объектив, в фокусе которого и помещена щель.

Поэтому лучи света от щели, являющейся как бы источником света для спектроскопа, выходят параллельным пучком и падают на призму все под одинаковым углом. В этом и состоит назначение коллиматора.

В призме сложный свет разлагается на свои составные части. Лучи разных цветов расходятся, так как преломляются призмой по-разному. После преломления лучи поступают в зрительную трубу.

Если вместо окуляра в фокусе зрительной трубы поместить фотографическую пластинку, мы получим фотографию составных частей изучаемого света, называемую спектрограммой.

В этом случае прибор называется спектрографом.

Обнаружено, что раскаленные твердые и жидкие тела, а также раскаленные, сильно наэлектризованные (ионизированные) газы дают так называемый сплошной спектр в виде радужной полоски. В таком спектре последовательно переходят друг в друга цвета красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый. Белый солнечный свет состоит из всех цветов радуги.

Как известно, свет распространяется в виде волн, и каждый цвет спектра имеет свою длину волны. Точнее, каждой точке спектра соответствует своя длина волны (она одинакова лишь для точек, лежащих на линии, перпендикулярной к протяжению спектра). Два соседних участка спектра, допустим желтые, по цвету на глаз не отличимые друг от друга, имеют разные длины волн.

Газы и пары, когда они находятся в разреженном состоянии и светятся при сильном нагревании или под действием электрического разряда, дают линейчатый спектр, состоящий из ярких цветных линий на темном фоне.

Расположение линий в таком спектре зависит от химического состава данного газа. Один и тот же газ, находясь в более или менее одинаковых условиях свечения, дает в спектре одни и те же линии.

Таким образом, по линиям спектра можно определить химический состав светящегося газа.

Рисунок 56 — Различные виды спектров: 1 — линейчатый спектр поглощения, 2 — линейчатый спектр излучения.

Если перед источником света, дающим сплошной спектр, поместить пары или газы с более низкой температурой, они поглотят часть света источника. В этом случае в спектроскопе будет виден спектр поглощения: сплошной спектр, перерезанный темными линиями. При этом темные линии находятся в тех же местах спектра, где находятся яркие линии, даваемые этими газами или парами, когда они светятся.

Источник: http://astronom-us.ru/astropraktika/spektralnyy-analiz.html

Спектральный анализ. Звезды

Сегодня спектральный анализ является одним из основных средств изучения астрономических объектов в астрофизике.  С его помощью получены сведения о природе светил, их движении, развитии и химическом составе.

Спектральный анализ основан на свойстве света разлагаться на составляющие его цветовые лучи, т.е. в спектр.

По зрительному ощущению мы различаем в спектре семь основных цветов: красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый, но в действительности наблюдается переход от одного цвета к другому через промежуточные оттенки.

Почему цвета в спектре располагаются в строго определенном порядке, установлено исследованием природы света. Было выяснено, что свет представляет собой распространяющуюся в пространстве смесь электромагнитных колебаний, каждое из которых имеет свой период и соответствующую ему длину волны.

Длины волн в спектре принято измерять в специальных единицах — ангстремах (Å), составляющих одну стомиллионную часть сантиметра. В видимом спектре длины волн уменьшаются от красных (около 7000 Å) до фиолетовых (около 4000 Å). Длины волн остальных цветов заключены между ними. К видимым лучам примыкают невидимые: короче 4000 Å — ультрафиолетовые и длиннее 7000 Å — инфракрасные.

Разлагают свет в спектр спектральные приборы, важнейшая деталь которых — стеклянная призма или дифракционная решетка. Свет в призме преломляется, причем лучи с большей длиной волн отклоняются от первоначального направления меньше, чем лучи с короткой длиной волны. Разделившиеся лучи попадают в зрительную трубу или фотокамеру.

Спектральные исследования небесных тел основаны на законах излучения. При разогревании тел повышается их температура.

У твердых тел она представляет собой меру колебательной энергии их атомов, а у жидких и газообразных — меру кинетической энергии свободных атомов и молекул.

У нагретых твердых и жидких тел излучение имеет плавный, непрерывный по длинам волн спектр. Яркость того или иного участка спектра характеризует количество излучаемой телом энергии на этой длине волны.

Например, у тел, нагретых до 1000 К, наиболее ярким будет красный участок спектра, а по мере дальнейшего повышения температуры ярче его становятся последовательно другие участки спектра. У тел, нагретых выше 7000 К, излучение всего ярче в ультрафиолетовых лучах.

Глаз не различает эти лучи, зато их чувствуют фотоэлементы и фотоэмульсии. Например, обычные фотопластинки воспринимают излучения с длинами волн от 2000 Å.

Но имеются специальные сорта фотопластинок и так называемые фотосопротивления, которые воспринимают инфракрасные излучения, а еще более длинноволновые излучения измеряются термоэлементами и радиоприемными аппаратами.

Сплошные спектры излучают только твердые и жидкие накалё́нные тела. У газообразных тел спектры совсем иного характера. Дело в том, что нагретый газ излучает свет в узких участках спектра, имеющих вид ярких линий, называемых спектральными.

Это очень важное свойство спектров газов, позволившее разносторонне исследовать газообразные небесные тела — звёзды, туманности и атмосферы планет. Почему газы излучают спектральные линии, объяснила квантовая теория излучения. Атомы поглощают и отдают (излучают) энергию строго определенными порциями — квантами.

Чем больше порция, тем в более возбуждённом состоянии оказывается атом, поглотивший энергию. Напомним, что сам атом, как известно из физики, представляет собой систему, состоящую из ядра и облака электронов. Процесс поглощения порции энергии состоит в том, что её получает один самый удаленный от ядра электрон.

Чем больше квант энергии, тем независимее ведёт себя этот электрон по отношению к атому. Тот и другой находятся, как говорят, в возбужденном состоянии. Если квант, захваченный электроном, достаточно велик, то электрон может совсем оторваться от атома: происходит ионизация.

Атом, потеряв электрон, становится положительно заря́женным ионом (один раз ионизо́ванным), а электрон — свободным. В остальны́х случаях энергии кванта на ионизацию атома не хватает и через считанные доли секунды атом (его электрон) отдаёт порцию энергии в виде излучения.

Энергия может отдаваться одной большой порцией или несколькими малыми, которым соответствуют определенные длины волн, т.е. спектральные линии. Эти линии мы и исследуем в спектрах газообразных тел.

Итак, наблюдаемые спектры делятся на три класса:

Три класса спектров:

• обычный (1, без линий), непрерывный спектр.
Такой спектр дают твердые тела, жидкости или плотный непрозрачный газ в нагретом состоянии. Длина волны́, на которую приходится максимум излучения, зависит от температуры.

• эмиссионный (2, с блестящими линиями на темном фоне)
линейчатый спектр излучения. Нагретый разреже́нный газ испускает яркие эмиссионные линии.

• и абсорбционный (3, с черными линиями).
линейчатый спектр поглощения. На фоне непрерывного спектра заметны темные линии поглощения. Линии поглощения образуются, когда излучение от более горячего тела, имеющего непрерывный спектр, проходит через холодную разреженную среду.

Распределение энергии излучения по непрерывному спектру и его зависимость от температуры излучающего тела устанавливаются законом Планка. График выражаемой им зависимости для нескольких температур и график распределения энергии в спектре Солнца приведены на рисунке.

С законом Планка тесно связан закон Стефана, определяющий соотношение между температурой источника и полным количеством энергии, проходящим через квадратный сантиметр его излучающей поверхности (эта величина носит название полного потока излучения).

Полный поток излучения согласно закону Стефана пропорционален четвертой степени температуры излучающего тела.

Но действительные закономерности излучения небесных светил более сложны, чем закон Планка. Во внутренних слоях звёзд этот закон соблюдается неуклонно, но излучение оттуда к нам прямо не приходит, а поглощается атомами наружных слоев звезды. Величина же этого поглощения в сильной степени зависит от химического состава и температуры излучающих слоев звезды.

И хотя распределение по спектру выходящей из звезды энергии отличается от закона Планка, мы можем по нему найти значение полного потока излучения и с помощью закона Стефана вычислить соответствующую этому потоку температуру. Эта температура носит название эффективной температуры и характеризует нагрев излучающей звездной поверхности.

Ещё один важный закон связывает излучение и поглощение света газами. Если газ поместить перед более горячим источником с непрерывным спектром излучения, то на фоне яркого сплошного спектра появятся темные спектральные линии поглощения нашего газа — те же самые, что ранее были видны в спектре газа как яркие спектральные линии (закон Кирхгофа).

Поэтому обнаружение тех или иных линий поглощения в спектре звезды указывает на присутствие в ней химических элементов, которым они принадлежат. Правда, отсутствие спектральных линий того или иного элемента еще не означает, что его нет в звездной оболочке. Просто в звезде могут быть такие условия, что линии элемента весьма слабы и поэтому незаметны.

С помощью закона Кирхгофа астрономы анализируют строение звездных оболочек и их химический состав.

Интенсивность спектральных линий поглощения зависит не только от числа атомов данного элемента, но и от температуры и плотности слоев звездной атмосферы, где они образуются. По интенсивности линий можно установить температуру, плотность и другие характеристики звездных атмосфер.

Очень важную роль в спектральном анализе играет эффект Доплера.

Он заключается в том, что если источник излучения движется к нам, то длины волн спектральных линий в его спектре уменьшаются, а если удаляется, то увеличиваются.

Смещение спектральных линий, таким образом, характеризует скорость движения источника по направлению луча зрения. Эту скорость называют лучевой скоростью светила v.

Выраженная в километрах в секунду, она пропорциональна смещению длины волны́ наблюдаемой линии λ по сравнению с её длиной волны́ λо при неподвижном источнике: v=с(λ-λо)/λо , где с — скорость света.

Смещение линий в спектре звезды относительно спектра сравнения в красную сторону говорит о том, что звезда удаляется от нас, смещение в фиолетовую сторону спектра – что звезда приближается к нам.

Вследствие обращения Земли вокруг Солнца со скоростью V = 30 км/с, линии в спектрах звёзд, удаляющихся от Земли, смещены в красную сторону на Δλ/λо = V/c = 10–4. Для линии λо = 500 нм смещение составит 0,05 нм (0,5 Å).

Для звёзд, приближающихся к Земле, линии будут смещены на такую же величину в фиолетовую сторону.

Эффект Доплера дает возможность оценить также и скорость вращения звезд. Например, вследствие вращения Солнца западный край Солнца удаляется от нас, а восточный край – приближается к нам.

Поэтому наибольшая линейная скорость вращения Солнца, которая наблюдается на экваторе, равная 2 км/с, дает до́плеровское смещение линии l = 500 нм (5000 Å) в Δl = 0,035Å.

При этом на полюса́х Солнца до́плеровское смещение линий уменьшается до нуля.

Даже когда излучающий газ не имеет относительного движения, спектральные линии, излучаемые отдельными атомами, будут смещаться относительно лабораторного значения из-за беспорядочного теплового движения. Для общей массы газа это будет выражаться в ушире́нии спектральных линий.

При этом квадрат до́плеровской ширины спектральной линии пропорционален температуре: T ~ (Δl)2. Поэтому особенно сильно линии уширя́ются в спектрах горячих звезд. Таким образом, по ширине спектральной линии можно судить о температуре излучающего газа. Линии могут уширя́ться не только за счет эффекта Доплера.

Не менее важной причиной является столкновение атомов.

Используя эффект Доплера, астрономы измерили тысячи лучевых скоростей звёзд, газовых туманностей и их деталей, внегалактических объектов, выяснили закономерности движений звезд и вращения звездных систем, нашли массы звездных скоплений и галактик. Кроме того, исследование лучевых скоростей далеких галактик играет важную роль в изучении общих закономерностей Вселенной в целом.

В 1896 году́ нидерландским физиком Зееманом был открыт эффект расщепления линий спектра в сильном магнитном поле. С помощью этого эффекта стало возможно «измерять» космические магнитные поля. Похожий эффект (он называется эффектом Штарка) наблюдается в электрическом поле. Он проявляется, когда в звезде кратковременно возникает сильное электрическое поле.

Источник: http://znaniya-sila.narod.ru/stars/star_02.htm

Что такое спектральный анализ?

ПодробностиКатегория: Работа астрономов 10.10.2012 09:38 8457

Спектральный анализ – метод определения химического состава вещества по его спектру. Этот метод разработан в 1859 г. немецкими учеными Г.Р. Кирхгофом и Р.В. Бунзеном.

Но прежде чем рассматривать этот довольно сложный вопрос, давайте сначала поговорим о том, что такое спектр.
Спектр (лат.

spectrum «виде́ние») в физике — распределение значений физической величины (обычно энергии, частоты или массы).

Обычно под спектром подразумевается электромагнитный спектр — спектр частот (или то же самое, что энергий квантов) электромагнитного излучения.

В научный обиход термин спектр ввёл Ньютон в 1671—1672 годах для обозначения многоцветной полосы, похожей на радугу, которая получается при прохождении солнечного луча через треугольную стеклянную призму. В своём труде «Оптика» (1704 г.

) он опубликовал результаты своих опытов разложения с помощью призмы белого света на отдельные компоненты различной цветности и преломляемости, то есть получил спектры солнечного излучения и объяснил их природу. Он показал, что цвет есть собственное свойство света, а не вносятся призмой, как утверждал Бэкон в XIII веке.

Фактически Ньютон заложил основы оптической спектроскопии: в «Оптике» он описал все три используемых поныне метода разложения света —преломление, интерференцию ( перераспределение интенсивности света в результате наложения нескольких световых волн) и дифракцию (огибание препятствия волнами).

А вот теперь возвратимся к разговору о том, что такое спектральный анализ.

Спектральный анализ

Это метод, который дает ценные и разнообразные сведения о небесных светилах. Как это делается? Анализируется свет, а из анализа света можно произвести качественный и количественный химический состав светила, его температуру, наличие и напряженность магнитного поля, скорость движения по лучу зрения и т. д.

В основе спектрального анализа лежит понятие о том, что сложный свет при переходе из одной среды в другую (например, из воздуха в стекло) разлагается на составные части. Если пучок этого света пустить на боковую грань трехгранной призмы, то, преломляясь в стекле по-разному, составляющие белый свет лучи дадут на экране радужную полоску, называемую спектром.

В спектре все цвета расположены всегда в определенном порядке. Если вы забыли этот порядок, то посмотрите на рисунок.

Призма как спектральный прибор

В телескопах для получения спектра используют специальные приборы – спектрографы, устанавливаемые за фокусом объектива телескопа.

В прошлом все спектрографы были призменными, но теперь вместо призмы в них используют дифракционную решетку, которая также разлагает белый свет в спектр, его называют дифракционным спектром.
Всем известно, что свет распространяется в виде электромагнитных волн. Каждому цвету соответствует определенная длина электромагнитной волны.

Длина волны в спектре уменьшается от красных лучей к фиолетовым примерно от 700 до 400 ммк. За фиолетовыми лучами спектра лежат ультрафиолетовые лучи, не видимые глазом, но действующие на фотопластинку.

Еще более короткую длину волны имеют рентгеновские лучи, применяемые в медицине. Рентгеновское излучение небесных светил атмосфера Земли задерживает.

Только недавно оно стало доступно для изучения посредством запусков высотных ракет, поднимающихся выше основного слоя атмосферы.

Наблюдения в рентгеновских лучах производят также автоматические приборы, установленные на космических межпланетных станциях.

За красными лучами спектра лежат инфракрасные лучи. Они невидимы, но и они действуют на специальные фотопластинки. Под спектральными наблюдениями понимают обычно наблюдения в интервале от инфракрасных до ультрафиолетовых лучей.

Для изучения спектров применяют приборы, называемые спектроскопом и спектрографом. В спектроскоп спектр рассматривают, в спектрографе его фотографируют. Фотография спектра называется спектрограммой.

Виды спектров

Спектр в виде радужной оболочки (сплошной, или непрерывный) дают твердые раскаленные тела (раскаленный уголь, нить электролампы) и находящиеся под большим давлением громадные массы газа.

Линейчатый спектр излучения дают разреженные газы и пары при сильном нагревании или под действием электрического разряда. У каждого газа свой излученный набор ярких линий определенных цветов. Их цвет соответствует определенным длинам волн. Они находятся всегда в одних и тех же местах спектра.

Изменения состояния газа или условий его свечения, например, нагрев или ионизация, вызывают определенные изменения в спектре данного газа.

Учеными составлены таблицы с перечнем линий каждого газа и с указанием яркости каждой линии. Например, в спектре натрия особенно ярки две желтые линии. Установлено, что спектр атома или молекулы связан с их строением и отражает определенные изменения, происходящие в них в процессе свечения.

Линейчатый спектр поглощения дают газы и пары, когда за ними находится яркий и более горячий источник, дающий непрерывный спектр.

Спектр поглощения состоит из непрерывного спектра, перерезанного темными линиями, которые находятся в тех самых местах, где должны быть расположены яркие линии, присущие данному газу.

Например, две темные линии поглощения натрия расположены в желтой части спектра.

Таким образом, спектральный анализ позволяет установить химический состав паров, излучающих свет или поглощающих его; определить, находятся ли они в лаборатории или на небесном светиле. Количество атомов или молекул, лежащих на нашем луче зрения, излучающих или поглощающих, определяется по интенсивности линий.

Чем больше атомов, тем ярче линия или тем она темнее в спектре поглощения. Солнце и звезды окружены газовыми атмосферами. Непрерывный спектр их видимой поверхности перерезан темными линиями поглощения, возникающими при прохождении света через атмосферу звезд. Поэтому спектры Солнца и звезд — это спектры поглощения.

Но спектральный анализ позволяет определять химический состав только самосветящихся или поглощающих излучение газов. Химический состав твердого или жидкого тела при помощи спектрального анализа определить нельзя.

Когда тело раскалено докрасна, в его сплошном спектре ярче всего красная часть. При дальнейшем нагревании наибольшая яркость в спектре переходит в желтую, потом в зеленую часть и т. д.

Теория излучения света, проверенная на опыте, показывает, что распределение яркости вдоль сплошного спектра зависит от температуры тела. Зная эту зависимость, можно установить температуру Солнца и звезд.

Температуру планет и температуру звезд определяют еще при помощи термоэлемента, помещенного в фокусе телескопа. При нагревании термоэлемента в нем возникает электрический ток, характеризующий количество теплоты, приходящее от светила.

Источник: http://ency.info/earth/rabota-astronomov/29-chto-takoye-spektralni-analiz

Из чего состоят звезды (спектры звезд)? — Звездный каталог. Наша планета и то, что вокруг неё

Звездный каталог » Основы астрономии » Из чего состоят звезды (спектры звезд)?

Из чего состоят звезды (спектры звезд)?

  • Рубрика: Основы астрономии
  • звезды

Спектральный анализ звезд и других космических объектов

Луч света, проходящий через стеклянную призму преломляется, и после выхода из призмы идет уже по другому направлению. При этом лучи разного цвета преломляются различно. Из семи цветов радуги сильнее всего отклоняются световые лучи фиолетового цвета, в меньшей степени — синего, еще меньше — голубые лучи, затем — зеленые, желтые, оранжевые, меньше всего отклоняются красные лучи.

Любое светящееся тело испускает в пространство лучи разного цвета. Но так как они накладываются один на другой, то для человеческого глаза все они сливаются в один цвет.

Например, Солнце испускает лучи белого цвета, но если мы пропустим такой луч через призму и тем самым разложим его на составные части, то окажется, что белый цвет луча сложный: он состоит из смеси всех цветов радуги. Смешав эти цвета вместе, мы опять получим белый цвет.

В астрономии, для изучения того как устроены звезды, активно используются так называемые спектры звезд.

Спектром называется луч какого-нибудь источника света, пропущенный через призму и разложенный ею на свои составные части.

Немного отвлекшись, можно сказать, что обычная земная радуга есть ничто иное, как спектр Солнца, ведь своим появлением она обязана преломлению солнечного света в капельках воды, действующих в данном случае подобно призме.

Для того чтобы получить спектр в более чистом виде, ученые пользуются не простой стеклянной призмой, а специальным прибором — спектроскопом.

Принцип работы спектроскопа: мы знаем как «светится» совершенно «чистый» (идеальный) поток света, также мы знаем какие «помехи» вносят различные примеси. Сравнивая спектры, мы можем видеть температуру и химический состав тела, испустившего анализируемый световой поток

Если мы осветим щель спектроскопа светящимися парами какого-нибудь вещества, то увидим, что спектр этого вещества состоит из нескольких цветных линий на темном фоне.

При этом цвета линий для каждого вещества всегда одни и те же — независимо от того, говорим мы о Земле или Альфа Центавра. Кислород или водород всегда остаются самим собой.

Соответственно, зная как выглядит каждый из привычных нам химических элементов на спектрографе, мы можем очень точно определить их наличие в составе далеких звезд, просто сравнив спектр их излучения с нашим земным «эталоном».

Располагая списком спектров разных веществ, мы сможем каждый раз точно определить, с каким же веществом мы имеем дело. Достаточно малейшей примеси какого-либо вещества в металлическом сплаве или в горной породе, и это вещество выдаст свое присутствие, заявит о себе цветным сигналом в спектре.

Смесь паров нескольких химических элементов, не образующих химического соединения, дает наложение их спектров один на другой. По таким спектрам мы и распознаем химический состав смеси.

Если светятся не разложенные на атомы молекулы сложного химического вещества, то есть химического соединения, то их спектр состоит из широких ярких цветных полос на темном фоне.

Для всякого химического соединения эти полосы тоже всегда определенные, и мы их умеем распознавать.

Так выглядит спектр нашей «родной» звезды — Солнца

Спектр в виде полоски, состоящей из всех цветов радуги, дают твердые, жидкие и раскаленные вещества, например нить электрической лампочки, расплавленный чугун и раскаленный прут железа. Такой же спектр дают огромные массы сжатого газа, из которого состоит Солнце.

Вскоре после того как в спектре Солнца были обнаружены темные линии, некоторые из ученых обратили внимание на такое явление: в желтой части этого спектра есть темная линия, которая имеет ту же длину волны, что и яркая желтая линия в спектре разреженных светящихся паров натрия. Что это означает?

Для выяснения вопроса ученые провели опыт.

Был взят раскаленный кусок извести, дающий непрерывный спектр без всяких темных линий. Затем перед этим куском извести было помещено пламя газовой горелки, содержащей пары натрия.

Тогда в непрерывном спектре, полученном от раскаленной извести, свет которой прошел через пламя горелки, появилась в желтой части темная линия.

Стало ясно, что сравнительно более холодные пары натрия поглощают или задерживают лучи той же самой длины волны, какую эти пары сами по себе способны испускать.

Опытным путем, было установлено, что светящиеся газы и пары поглощают свет тех самых длин волн, которые они сами способны испускать, будучи достаточно нагретыми.

Так вслед за первой тайной — причиной окрашивания пламени в тот или другой цвет парами определенных веществ — была раскрыта и вторая тайна: причина появления темных линий в солнечном спектре.

Спектральный анализ в исследовании Солнца

Очевидно, Солнце — раскаленное тело, испускающее белый свет, спектр которого непрерывен — окружено слоем более холодных, но все же раскаленных газов. Эти газы и образуют вокруг Солнца его оболочку, или атмосферу.

А в этой атмосфере содержатся пары натрия, которые и поглощают из лучей солнечного спектра лучи с гой самой длиной волны, которую натрий способен испускать.

Поглощая, задерживая эти лучи, пары натрия создают в свете Солнца, прошедшем сквозь его атмосферу и дошедшем до нас, недостаток желтых лучей с этой длиной волны. Вот почему в соответствующем месте желтой части спектра Солнца мы находим темную линию.

Так, не побывав никогда на Солнце, находящемся от нас на расстоянии 150 миллионов километров, мы можем утверждать, что в составе солнечной атмосферы есть натрий.

Таким же образом, определив длины волн других темных линий, видимых в спектре Солнца, и сравнив их с длинами волн ярких линий, испускаемых парами различных веществ и наблюдаемых в лаборатории, мы точно определим, какие еще другие химические элементы входят в состав солнечной атмосферы.

Так было выяснено, что в солнечной атмосфере присутствуют те же химические элементы, что и на земле: водород, азот, натрий, магний, алюминий, кальций, железо и даже золото.

Спектры звезд, свет которых тоже можно направить в спектроскоп, похожи на спектр Солнца. И по темным линиям их мы можем определить химический состав звездных атмосфер так же, как мы определили химический состав солнечной атмосферы по темным линиям спектра Солнца.

Таким путем ученые установили, что даже количественно химический состав атмосфер Солнца и звезд очень похож на количественный химический состав земной коры.

Самый легкий из всех газов, из всех химических элементов — водород — составляет на Солнце 42% по весу. На долю кислорода приходится 23% по весу. Столько же приходится на долю всех металлов, вместе взятых. Углерод, азот и сера составляют вместе 6% от состава солнечной атмосферы. И только 6% приходится на все остальные элементы, вместе взятые.

Надо учесть, что атомы водорода легче всех остальных. Поэтому их число далеко превосходит число всех других атомов. Из каждой сотни атомов в атмосфере Солнца 90 атомов принадлежит водороду.

Средняя плотность Солнца на 40% больше плотности воды и все-таки оно ведет себя во всех отношениях как идеальный газ. Плотность на внешнем видимом краю Солнца составляет приблизительно одну миллионную от плотности воды, в то время как плотность вблизи его центра примерно в 50 раз выше плотности воды.

Спектральный анализ и температура звезд

Спектры звезд — это их паспорта с описанием всех звездных примет, всех их физических свойств. Надо лишь уметь в этих паспортах разобраться. Многое еще мы не умеем из них извлечь в будущем, но уже и сейчас мы читаем в них немало.

По спектру звезды мы можем узнать ее светимость, а следовательно, и расстояние до нее, температуру, размер, химический состав ее атмосферы, скорость движения в пространстве, скорость ее вращения вокруг оси и даже то, нет ли вблизи нее другой невидимой звезды, вместе с которой она обращается вокруг их общего центра тяжести.

Спектральный анализ дает ученым также возможность определять скорость движения светил к нам или от нас даже в тех случаях, когда эту скорость и вообще движение светил никакими другими способами обнаружить невозможно.

Если какой-нибудь источник колебаний, распространяющихся в виде волн, движется по отношению к нам, то, понятно, длина волны колебаний, воспринимаемая нами, меняется.

Чем быстрее приближается к нам источник колебания, тем короче делается длина его волны.

И наоборот, чем быстрее источник колебаний удаляется, тем длина волны по сравнению с той длиной волны, которую воспринял бы наблюдатель, неподвижный по отношению к источнику, увеличивается.

То же самое происходит и со светом, когда источник света — небесное светило — движется по отношению к нам. Когда светило приближается к нам, длина волны всех линий в его спектре становится короче.

А когда источник света удаляется, то длина волны тех же самых линий становится больше.

В соответствии с этим в первом случае линии спектра сдвигаются в сторону фиолетового конца спектра (то есть в сторону коротких длин волн), а во втором случае они смещаются к красному концу спектра.

Точно так же путем изучения распределения яркости в спектре звезд мы узнали их температуру.

Звезды красного цвета — самые «холодные». Они нагреты до 3 тысяч градусов, что примерно равняется температуре в пламени электрической дуги.

Температура желтых звезд составляет 6 тысяч градусов. Такова же температура поверхности нашего Солнца, которое тоже относится к разряду желтых звезд. Температуру в 6 тысяч градусов наша техника пока не может искусственно создать на Земле.

Белые звезды еще более горячие. Температура их составляет от 10 до 20 тысяч градусов.

Наконец, самыми горячими среди известных нам звезд являются голубые звезды, раскаленные до 30, а в некоторых случаях даже до 100 тысяч градусов.

Классификация звезд по цвету и температуре

В недрах звезд температура должна быть значительно выше. Определить ее точно мы не можем, потому что свет из глубины звезд до нас не доходит: свет звезд, наблюдаемый нами, излучается их поверхностью. Можно говорить лишь о научных расчетах, о том, что температура внутри Солнца и звезд составляет примерно 20 миллионов градусов.

Несмотря на раскаленность звезд, нас достигает лишь ничтожная доля испускаемого ими тепла — так далеки от нас звезды. Больше всего тепла доходит к нам от яркой красной звезды Бетельгейзе в созвездии Ориона: меньше Одной десятой от миллиардной доли малой калории 1 на квадратный сантиметр за минуту.

Иными словами, собирая с помощью 2,5—метрового вогнутого зеркала это тепло, в течение года мы бы могли нагреть им наперсток воды всего лишь на два градуса!

Список источников литературы

Связанные материалы:

Источник: http://starcatalog.ru/osnovyi-astronomii/iz-chego-sostoyat-zvezdyi-spektryi-zvezd.html

Ссылка на основную публикацию