Was ist Spektroskopie?

Spektroskopie ist die Untersuchung von Licht, wenn es in seine Grundfarben zerfällt. Indem man diese verschiedenen Farben untersucht, kann man eine beliebige Anzahl von Eigenschaften des zu untersuchenden Objekts bestimmen, da die Farben des Lichts die Energiezustände widerspiegeln. Technischer betrachtet die Spektroskopie die Wechselwirkung zwischen jeglicher Materie und Strahlung. Es wird verwendet, um Verbindungen in der Chemie zu analysieren, um festzustellen, welche verschiedenen Elemente etwas ausmachen, und wird auch in der Astronomie verwendet, um Einsicht in die Zusammensetzung und die Geschwindigkeiten von astronomischen Körpern zu erhalten.

Je nachdem, was gemessen wird und wie es gemessen wird, kann man die Spektroskopie in viele Unterdisziplinen einteilen. Einige Hauptbereiche umfassen Massenspektrometrie, Elektronenspektroskopie, Absorptionsspektroskopie, Emissionsspektroskopie, Röntgenspektroskopie und elektromagnetische Spektroskopie. Es gibt jedoch auch viele andere Arten der Spektroskopie, einschließlich derer, die Schall, wenn er streut, oder elektrische Felder betrachten.

In der Röntgenspektroskopie bombardieren beispielsweise Röntgenstrahlen eine Substanz. Wenn sie darauf treffen, werden die Elektronen in den inneren Schalen der Atome angeregt und regen dann die Strahlung ab. Diese Strahlung tritt je nach Atom mit unterschiedlichen Frequenzen aus, und es gibt geringfügige Abweichungen in Abhängigkeit von den vorhandenen chemischen Bindungen. Das heißt, die Strahlung kann untersucht werden, um festzustellen, welche Elemente in welcher Menge vorhanden sind und welche chemischen Bindungen bestehen.

In der Astronomie kann mit Hilfe der Spektroskopie ein breites Spektrum an Informationen über die Zusammensetzung von Sternen und anderen Himmelskörpern gewonnen werden. Dies liegt daran, dass Licht eine Welle ist und unterschiedliche Energien unterschiedliche Wellenlängen haben. Diese unterschiedlichen Wellenlängen korrelieren mit unterschiedlichen Farben, die mit Hilfe von Teleskopen beobachtet werden können. Spektroskopie beinhaltet das Betrachten der verschiedenen Farben und die Verwendung der bekannten Energien verschiedener Prozesse und Elemente, um eine Karte dessen zu erstellen, was in Tausenden von Millionen Lichtjahren Entfernung geschieht.

Es gibt zwei Hauptlichtspektren, die in der astronomischen Spektroskopie betrachtet werden: kontinuierlich und diskret. Ein kontinuierliches Spektrum weist eine breite Palette von Farben auf, die relativ kontinuierlich sind. Ein diskretes Spektrum weist andererseits bestimmte Spitzen sehr heller oder sehr dunkler Linien bei bestimmten Energien auf. Diskrete Spektren mit hellen Spitzen werden als Emissionsspektren bezeichnet, während solche mit dunklen Spitzen als Absorptionsspektren bezeichnet werden.

Die kontinuierlichen Spektren werden von Dingen wie Sternen sowie von Dingen auf der Erde wie Feuer, Tieren oder Glühbirnen ausgesendet. Da Energie über das Wellenlängenspektrum freigesetzt wird, erscheint sie eher kontinuierlich, obwohl es innerhalb des Spektrums Spitzen und Täler geben kann. Natürlich ist nicht alles von diesem Licht mit bloßem Auge sichtbar, viel davon existiert im infraroten oder ultravioletten Bereich.

Diskrete Spektren hingegen werden normalerweise von einem bestimmten Atom verursacht. Dies liegt daran, dass Elektronenwolken aufgrund bestimmter Regeln der Quantenmechanik je nach dem zugeordneten Atom eine sehr spezifische Energie haben. Jedes einzelne Element hat nur eine Handvoll Energieniveaus, die es haben kann, und fast alle von ihnen sind leicht identifizierbar. Gleichzeitig möchten diese Elemente immer zu diesen grundlegenden Energieniveaus zurückkehren. Wenn sie also auf irgendeine Weise erregt werden, geben sie die zusätzliche Energie als Licht ab. Dieses Licht hat genau die Wellenlänge, die man für dieses Atom erwarten würde, so dass Astronomen den Lichtpeak sehen und erkennen können, um welche Atome es sich handelt, was dazu beiträgt, die Geheimnisse der Zusammensetzung des Universums zu lüften.

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