Que sont les lignes spectrales?
Les raies spectrales sont des lacunes dans la distribution habituellement continue de la fréquence dans la lumière. Ils résultent lorsque la lumière émise est partiellement absorbée par la matière, généralement un gaz. Un type de raie spectrale est une raie d'absorption, qui est provoquée lorsque certaines fréquences de la lumière sont absorbées par le rayonnement émis. Une raie d’émission, en revanche, peut être vue dans la lumière qui a été absorbée puis réémise. Les lignes spectrales peuvent donner aux astronomes des indices sur la composition et la vitesse des objets astronomiques.
Le premier des deux types de raies spectrales sont des raies d'absorption. Les lignes d'absorption se produisent lorsque la lumière est émise par un objet, tel qu'une étoile, puis traverse un gaz avant d'atteindre un observateur. Dans ce cas, la lumière d'une étoile chaude sera fortement émise sur une large plage de fréquences; autrement dit, il aura un spectre de rayonnement continu. Cependant, si elle traverse un gaz froid, le gaz absorbe de la lumière à certaines fréquences. Lorsqu'un observateur analyse la lumière, qui provenait à l'origine de l'étoile, il affichera des raies d'absorption, des lacunes visibles dans certaines fréquences du rayonnement.
Le deuxième type de raie spectrale est une raie d'émission. La lumière des étoiles ne peut pas être absorbée en permanence par un gaz car la lumière contient de l'énergie. Au contraire, il est absorbé par le gaz puis réémis ultérieurement. Lors de sa réémission, la lumière ne contient que les fréquences absorbées par le gaz. Par conséquent, les fréquences des lignes d’émission doivent correspondre aux fréquences des lignes d’absorption correspondantes. Cela a en fait été vérifié par des astronomes observant la lumière réémise; les deux types de lignes spectrales sont essentiellement des inverses l'un de l'autre.
Les lignes spectrales existent parce que la lumière émise par les éléments et les produits chimiques a un spectre de fréquences continu. Plutôt que d'être une entité homogène, la lumière visible est en réalité un rayonnement électromagnétique dans une certaine plage de fréquences. Les rayonnements invisibles à l'œil nu présentent également une distribution de fréquence continue, bien qu'ils se concentrent en dehors de la plage visible. Un instrument scientifique appelé spectromètre peut être utilisé pour analyser les fréquences du rayonnement électromagnétique.
L'étude de ces lignes peut donner aux astronomes deux informations importantes. Tout d'abord, en sachant quels gaz produisent quelles lignes d'absorption, des lignes spectrales peuvent aider à identifier la composition des atmosphères planétaires. Les astronomes ont utilisé cette technique pour caractériser les atmosphères des planètes extérieures au système solaire. Deuxièmement, des motifs reconnaissables de raies spectrales peuvent indiquer la vitesse d'objets astronomiques - la vitesse d'un objet modifie la fréquence de son rayonnement, y compris les raies spectrales.