طیف سنجی-خواندن رنگین کمان

طیف سنجی:خواندن رنگین کمان

یک تصویر به ما می گوید که یک چیز شبیه به چه چیزی است.  یک طیف به ما می گوید که آن چیست.

طیف چیست؟

 یک طیف یک رنگین کمان است!  این رنگین کمان زمانی ایجاد می‌شود که پرتوی از نور سفید به رنگ‌های تشکیل‌دهنده آن، توسط منشور، شکسته شود.  رنگ های تشکیل شده با توجه به طول موج آنها مرتب می شوند.  وقتی دانشمندان به این رنگین کمان نگاه می کنند، شدت نور هر رنگ را بررسی می کنند.  آیا آبی روشن تر از زرد است یا این قرمز خاص روشن تر از قرمز دیگر است؟

هنگامی که ماده با نور تعامل می کند، خواص آن ماده روی نور نقش می بندد.  این مهر مانند یک اثر انگشت خاص برای هر عنصر و مولکول است.  با بررسی شدت نور در هر رنگ، دانشمند می تواند به عقب برگردد تا  به خواص ماده ای که نور در طول مسیر لمس کرده است، پی ببرد

طیف سنجی چیست؟

 یک تصویر به ما می گوید که یک چیز شبیه به چه چیزی است.  یک طیف به ما می گوید که آن چیست.

 طیف سنجی مطالعه طیف هایی است که در اثر برهمکنش مواد با نور  یا نشر نور  تولید می شود.  این کلید آشکار کردن جزئیاتی است که از طریق یک عکس قابل کشف نیست.  یک طیف‌نگار – که گاهی به آن طیف‌سنجی یا طیف‌سنج هم می‌گویند – نور یک ماده را به رنگ‌های اجزای آن می‌شکند، همانطور که منشور نور سفید را به رنگین کمان تقسیم می‌کند.  این طیف را ثبت می‌کند که به دانشمندان اجازه می‌دهد نور را تجزیه و تحلیل کنند و خواص ماده ای که با آن تعامل داشته را کشف کنند.  طیف سنجی به اندازه تصویربرداری برای درک جهان حیاتی است..

هابل و طیف سنجی

 هابل به خاطر تصاویر ثبت شده توسط دوربین هایش مشهور است، اما اغلب به طیف نگارهای خود نیز متکی است.  طیف‌نگارها داده‌هایی را جمع‌آوری می‌کنند که به دانشمندان می‌گوید چه مقدار نور در هر طول موج خارج می‌شود.  این داده ها جزئیات مهمی را در مورد ساختار جو سیارات فراخورشیدی، ترکیب ستارگان و سحابی ها، حرکت کهکشان ها و موارد دیگر نشان می دهد.

طیف‌سنجی فرابنفش یکی از منحصربه‌فردترین کمک‌های هابل به جامعه نجومی است و این قابلیت در آینده نزدیک  لغو و یا با هیچ ماموریتی  جایگزین نخواهد شد.  طیف سنجی فرابنفش چیزهای خاصی را در مورد جهان به ما می گوید، در حالی که طیف سنجی مرئی و مادون قرمز چیزهای دیگری را به ما می گوید.  با ترکیب طیف‌سنجی فرابنفش هابل با قابلیت‌های طیف‌سنجی فروسرخ تلسکوپ فضایی جیمز وب، این دو تلسکوپ با هم به نتایج علمی دست خواهند یافت که هیچ‌کدام به تنهایی نمی‌توانند به دست آورند.

چگونه یک طیف را می خوانید؟

 الکترون ها در یک اتم فقط می توانند در سطوح انرژی خاصی وجود داشته باشند.  هنگامی که یک الکترون از یک پله از نردبان انرژی اتم به پله دیگر به پایین حرکت می کند، ذره ای از نور ساطع می شود که انرژی آن با تغییر انرژی الکترون مطابقت دارد.  عناصر مختلف دارای پله هایی در مکان های مختلف بر روی نردبان انرژی خود هستند.

نور حامل اطلاعات در مورد موادی است که با آن تعامل دارد.  مواد مختلف با نور تعامل متفاوتی دارند و ما می توانیم از نور برای درک اینکه یک ماده از چه چیزی ساخته شده است استفاده کنیم.  تمام مواد از اتم ساخته شده اند.  الکترون‌ها با انرژی‌های مجاز متفاوت، مانند پله‌های یک نردبان، دور هسته یک اتم می‌چرخند.  نور با انرژی دقیق مورد نیاز برای رفتن بین پله ها را می توان جذب کرد، اما نور دیگری را نه.  الکترون‌ها به پله‌های پایین‌تر سقوط می‌کنند و نور را در انرژی ویژه اختلاف بین پله‌ها ساطع می‌کنند.  این به اتم های مختلف اجازه می دهد تا رنگ های مختلف نور را ساطع کنند.  طیف  سدیم نه تنها  شبیه طیف نیتروژن نیست و بلکه شبیه طیف هیچ عنصر دیگری نیست.

همه عناصر طول موج های خاصی از نور را جذب و منتشر  می کنند که با آن سطوح انرژی مطابقت دارد.  طیف جذبی طیفی از نور است که از طریق یک ماده منتقل می‌شود و خطوط یا نوارهای تیره‌ای را نشان می‌دهد که در آن نور توسط اتم‌ها جذب شده و باعث افت در طیف می‌شود.  یک طیف گسیلی با سقوط الکترون ها از نردبان انرژی ایجاد می شود.  این همان چیزی است که وقتی به گاز داغ نگاه می کنید، که توسط چیزی خارج از محدوده دید گرم می شود، دریافت می کنید.  این گرمایش الکترون‌ها را به سمت بالا حرکت می‌کند، سپس وقتی از نردبان پایین می‌افتند، مقداری از نوری که ساطع می‌کنند به سمت شما می‌آید.  این منجر به ایجاد سنبله های رنگی و روشن به این دلیل است که اتم ها نور را در ان طول موج آزاد میکنند.

این نمودار نشان می دهد که چگونه از رصدهای طیفی تلسکوپ فضایی هابل برای مطالعه ترکیب شیمیایی سحابی خرچنگ جنوبی استفاده شده است.  طیف‌نگار تصویربرداری تلسکوپ فضایی هابل (STIS) نور رشته‌های سحابی را برای ثبت تابش هیدروژن، گوگرد، اکسیژن و نیتروژن تقسیم کرد.  ترکیبی از طیف‌سنجی STIS و تصویر دوربین میدان وسیع هابل 3 به طور خاص نشان می‌دهد که کدام گازها شناسایی شده‌اند و چگونه در سحابی توزیع می‌شوند.

یک طیف نگار چگونه کار می کند؟

 یک طیف‌نگار نوری را که وارد تلسکوپ می‌شود از طریق یک سوراخ یا شکاف کوچک در یک صفحه فلزی عبور می‌دهد تا نور را از یک ناحیه یا جسم جدا کند.  این نور از یک توری مخصوص منعکس می شود که نور را به طول موج های مختلف آن تقسیم می کند (درست مانند منشوری که رنگین کمان می سازد).  نور جداشده روی یک آشکارساز فرود می آید تا طیفی که تشکیل می شود را ثبت می کند.

هابل با طیف سنجی چه چیزی پیدا کرده است؟

 طیف نگارهای هابل جزئیات مهمی از جنبه های بسیاری از جهان ما را نشان می دهد.  در زیر نمونه هایی از بسیاری از یافته های طیف سنجی هابل آورده شده است.

 ثبت امضای یک سیاهچاله، کشف گازی که با سرعت صدها مایل در ثانیه به دور سیاهچاله ای در مرکز کهکشان دیگری می چرخد.

 ارائه اولین کشف مستقیم جو سیاره ای که به دور ستاره ای خارج از سیاره ما می چرخد.

تشخیص یک مولکول آلی در جو سیاره ای که به دور ستاره دیگری می چرخد

 با یافتن آنچه تصور می شد به طور تصادفی توزیع شده است، ابرهای اولیه هیدروژن در نزدیکی ممکن است در واقع با کهکشان ها یا خوشه های کهکشانی مرتبط باشند.

 نشان می دهد که ابرهای عظیمی از گاز یونیزه شده از هاله و فضای بین کهکشانی ما در حال باریدن هستند و به تامین سوخت راه شیری برای ادامه شکل گیری ستاره ها ادامه می دهند.

اثر انگشت جهان دور با استفاده از نور یک اختروش، به اخترشناسان اجازه می دهد تا مواد خامی که کهکشان ها از آن تشکیل می شوند را بررسی کنند و تعیین کنند که چگونه این گاز در ساختارهای پیچیده جهان کنونی جمع شده است.