分光法とは？

分光法は、構成色に分解する光の研究です。 これらの異なる色を調べることにより、光の色がエネルギー状態を反映するため、調査対象のオブジェクトのプロパティをいくつでも決定できます。 より技術的には、分光法は物質と放射線の相互作用を調べます。 化学で化合物を分析し、さまざまな元素が何かを構成するものを決定するために使用されます。また、天体でも、天体の組成と速度の両方を把握するために使用されます。

測定対象と測定方法に応じて、分光法を多くのサブ分野に分けることができます。 主要な部門には、質量分析、電子分光、吸収分光、発光分光、X線分光、電磁分光などがあります。 しかし、音が散乱するときの音や電場を見る分光法など、他にも多くの種類の分光法があります。

たとえば、X線分光法では、X線が物質に衝突します。 それらがヒットすると、原子の内殻の電子が励起され、その後、励起解除され、放射線を放出します。 この放射は、原子に応じて異なる周波数で発生し、存在する化学結合に応じてわずかな変動があります。 これは、放射を調べて、存在する元素、量、および存在する化学結合を特定できることを意味します。

天文学では、分光法を使用して、星や他の天体の組成に関するさまざまなことを判断できます。 これは、光は波であり、異なるエネルギーには異なる波長があるためです。 これらの異なる波長は、望遠鏡を使用して観察できるさまざまな色と相関しています。 分光法では、さまざまな色を調べ、さまざまなプロセスや要素のエネルギーについて知られているものを使用して、数千万光年先に起こっていることの地図を作成します。

天体分光法で見られる光には、連続と離散の2つの主なスペクトルがあります。 連続スペクトルには、比較的連続した幅広い色があります。 一方、離散スペクトルには、特定のエネルギーで非常に明るいまたは非常に暗い線の特定のスパイクがあります。 明るいスパイクのある離散スペクトルは発光スペクトルと呼ばれ、暗いスパイクのある離散スペクトルは吸収スペクトルと呼ばれます。

連続スペクトルは、火星、動物、または電球のような地球上のものだけでなく、星のようなものによっても放出されます。 エネルギーは波長のスペクトル全体にわたって放出されるため、スペクトル内にピークと谷がある場合がありますが、かなり連続的に見えます。 もちろん、この光のすべてが肉眼で見えるわけではなく、その多くは赤外線または紫外線の範囲に存在します。

一方、離散スペクトルは、通常、特定の原子によって発生する何かによって引き起こされます。 これは、量子力学の特定の規則により、電子雲は関連する原子に応じて非常に特異的なエネルギーを持つためです。 すべての要素が持つことができるエネルギーレベルはほんの一握りであり、それらのほとんどすべてが簡単に識別できます。 同時に、これらの要素は常にこれらの基本エネルギーレベルに戻りたいため、何らかの方法で興奮すると、余分なエネルギーを光として放出します。 その光はその原子に期待される正確な波長を持っているため、天文学者は光のピークを見て、どの原子が関与しているかを認識でき、宇宙の組成の秘密を解き明かすのに役立ちます。