Что такое спектроскопия?
Наука спектроскопия - одна из важнейших областей астрономии. Спектроскопия - это изучение состава объекта путем изучения света, который он излучает. Свет, излучаемый таким объектом, как звезда, содержит информацию о том, из чего состоит эта звезда. Чтобы понять, как свет содержит такую информацию, мы должны понять поведение электронов и атомов.
Уровни энергии электронов
Большинство из нас, вероятно, знакомы с базовой моделью атома. У вас есть центральное ядро, содержащее протоны и нейтроны, а электроны вращаются вокруг ядра. Однако более точная модель состоит в том, чтобы думать об электронах не как об объектах, вращающихся вокруг ядра подобно планетам вокруг Солнца, а скорее как об электронном облаке. Электроны не вращаются вокруг ядра по сингулярной траектории. Скорее всего, электроны существуют на различных энергетических уровнях. Электроны могут перепрыгивать с одного энергетического уровня на другой, либо переходя на более высокий энергетический уровень, либо падая на более низкий энергетический уровень. Для того чтобы электрон перешел на более высокий энергетический уровень, в него должна попасть частица света, называемая фотоном. Когда фотон сталкивается с электроном, этот электрон поглощает фотон и его энергию, позволяя электрону перейти на более высокий энергетический уровень. Чтобы опуститься на более низкий энергетический уровень, этот электрон испустит тот же самый фотон обратно в космос.
Интересно, что разные атомы будут иметь разные уровни энергии электронов. Например, водород имеет другие энергетические уровни, чем кислород. Различные уровни энергии между атомами означают, что все фотоны, испускаемые их электронами, будут иметь разное количество энергии. Таким образом, в зависимости от энергии фотона мы можем определить, какие атомы испускали эти фотоны. Используя то, что называется спектроскопом, ученые могут разделить луч света на составляющие его цвета и проанализировать эти цвета на наличие любых темных полос. Темные полосы - это места, где электроны поглощают фотоны, что позволяет ученым определить, какие типы атомов поглощают эти фотоны.
Из каких объектов мы можем видеть композицию?
Звезды являются основными источниками света во Вселенной, и поэтому спектроскопия обычно так или иначе использует звездный свет. Когда звезда излучает свет, этот свет должен проходить через атмосферу звезды. Атомы в атмосфере будут поглощать и испускать фотоны звезды, что позволит астрономам определить состав звезды. Кроме того, некоторые типы туманностей излучают свой собственный свет, что позволяет ученым также определять их состав. Возможно, одним из наиболее интересных применений спектроскопии является анализ атмосфер планет. Когда планеты проходят перед своей звездой, свет от этой звезды должен проходить через атмосферу планеты. Фотоны звезды будут поглощаться атомами атмосферы планеты, а затем выбрасываться обратно в космос. Здесь, на Земле, мы можем зафиксировать эти фотоны в спектроскопе и определить состав атмосферы планеты. По мере развития этой технологии мы, возможно, вскоре получим возможность искать признаки жизни в атмосферах других планет.
