Co je spektroskopie?

Spektroskopie je studium světla, které se rozpadá na jeho základní barvy. Zkoumáním těchto různých barev lze určit libovolný počet vlastností studovaného objektu, protože barvy světla odrážejí energetické stavy. Z technického hlediska spektroskopie zkoumá interakci mezi jakoukoli hmotou a zářením. Používá se k analýze sloučenin v chemii, k určení toho, co různé prvky tvoří něco, a také se používá v astronomii k získání nahlédnutí do složení i rychlostí astronomických těl.

Jeden může rozdělit spektroskopii do mnoha sub-disciplín, v závislosti na tom, co se měří a jak se měří. Některé hlavní divize zahrnují hmotnostní spektrometrii, elektronovou spektroskopii, absorpční spektroskopii, emisní spektroskopii, rentgenovou spektroskopii a elektromagnetickou spektroskopii. Existuje však i mnoho dalších typů spektroskopie, včetně těch, které se dívají na zvuk, jak se rozptyluje, nebo na elektrická pole.

Například v rentgenové spektroskopii bombardují látku rentgenové paprsky. Když to zasáhnou, jsou elektrony ve vnitřních obalech atomů vzrušeny a poté de-excitovány a emitují záření. Toto záření vychází při různých frekvencích v závislosti na atomu a existují malé odchylky v závislosti na přítomných chemických vazbách. To znamená, že záření lze zkoumat a určit, jaké prvky jsou přítomny, v jakém množství a jaké chemické vazby existují.

V astronomii lze spektroskopii použít k určení široké škály věcí o složení hvězd a jiných nebeských těles. Je to proto, že světlo je vlna a různé energie mají různé vlnové délky. Tyto různé vlnové délky korelují s různými barvami, které lze pozorovat pomocí dalekohledů. Spektroskopie zahrnuje zkoumání různých barev a použití toho, co je známo o energiích různých procesů a prvků, k vytvoření mapy toho, co se děje tisíce milionů světelných let daleko.

V astronomické spektroskopii jsou pozorována dvě hlavní spektra světla: spojitá a diskrétní. Souvislé spektrum má širokou škálu barev, které jsou relativně spojité. Na druhé straně diskrétní spektrum má určité špičky velmi jasných nebo velmi tmavých čar při specifických energiích. Diskrétní spektra, která mají jasné hroty, se nazývají emisní spektra, zatímco ty, které mají tmavé hroty, se nazývají absorpční spektra.

Nepřetržitá spektra jsou emitována věcmi, jako jsou hvězdy, stejně jako věcmi na Zemi, jako jsou ohně, zvířata nebo žárovky. Protože se energie uvolňuje napříč spektrem vlnových délek, zdá se, že je spojitá, ačkoli uvnitř spektra mohou být vrcholy a koryty. Ne všechno toto světlo je samozřejmě viditelné pouhým okem, hodně z toho existuje v infračerveném nebo ultrafialovém pásmu.

Na druhé straně diskrétní spektra jsou obvykle způsobena něčím, co se děje s konkrétním atomem. Je tomu tak proto, že díky určitým pravidlům kvantové mechaniky mají elektronová mračna velmi specifickou energii v závislosti na přidruženém atomu. Každý jednotlivý prvek má jen několik úrovní energie, které může mít, a téměř všechny jsou snadno identifikovatelné. Zároveň se tyto prvky chtějí vždy vrátit k těmto základním úrovním energie, takže pokud se nějakým způsobem nadchnou, vydávají další energii jako světlo. Toto světlo má přesnou vlnovou délku, kterou by se dalo očekávat pro tento atom, což umožní astronomům prohlížet vrchol světla a rozpoznat, jaké atomy jsou zapojeny, což pomáhá odemknout tajemství složení vesmíru.