Свет и спектры
Что такое спектр и спектральный анализ: как свет раскладывают на цвета, что такое линии поглощения и излучения и как по спектру определяют состав, температуру и движение звёзд.
Почти всё, что мы знаем о звёздах и галактиках, мы узнали из света. Свет несёт информацию о составе, температуре, скорости и магнитном поле объекта, и расшифровывает её спектроскопия. Космические объекты слишком далеки, чтобы до них дотянуться приборами, зато их свет приходит к нам сам.
Что такое свет
Свет — электромагнитная волна. В вакууме он распространяется со скоростью 299 792 458 м/с. Видимый свет занимает узкую полосу длин волн от 380 до 750 нанометров; по обе стороны лежат невидимые радиоволны, микроволны, инфракрасное, ультрафиолетовое, рентгеновское и гамма-излучение. Для каждой области нужны свои телескопы («Космические телескопы»).
Спектр и линии
Исаак Ньютон в 1666 году пропустил солнечный свет через призму и получил радужную полосу — спектр. В 1814 году Йозеф Фраунгофер увидел в солнечном спектре сотни тёмных линий. В 1859 году Густав Кирхгоф и Роберт Бунзен объяснили их и создали спектральный анализ.
- Непрерывный спектр даёт раскалённое плотное тело.
- Спектр излучения — яркие линии — даёт разреженный горячий газ. У каждого химического элемента свой набор линий, как отпечаток пальца.
- Спектр поглощения — тёмные линии на непрерывном фоне — возникает, когда свет проходит сквозь холодный газ, который забирает свет именно тех длин волн.
Что можно узнать
- Состав. По линиям находят, из каких элементов состоит звезда. Гелий открыли в спектре Солнца в 1868 году, раньше чем на Земле. В 1925 году Сесилия Пейн показала, что звёзды состоят в основном из водорода и гелия.
- Температура. Цвет и положение максимума излучения зависят от температуры. Чем горячее тело, тем короче длина волны максимума: для Солнца он приходится на жёлто-зелёный свет, около 500 нм («Диаграмма Герцшпрунга — Рассела»).
- Скорость. Если источник удаляется, линии смещаются в красную область, а если приближается — в синюю (эффект Доплера). По этому смещению измеряют движение звёзд, находят планеты у других звёзд и обнаруживают расширение Вселенной («Расширение Вселенной»).
- Магнитное поле. В сильном поле линии расщепляются (эффект Зеемана) («Магнитные поля»).
- Атмосферы экзопланет. Когда планета проходит перед звездой, свет просачивается через её атмосферу, и в нём остаются линии газов («Обитаемая зона»).