Wat zijn spectrale lijnen?
Spectrale lijnen zijn hiaten in de gewoonlijk continue verdeling van frequentie in licht. Ze ontstaan wanneer uitgestraald licht gedeeltelijk wordt geabsorbeerd door materie, meestal een gas. Eén type spectrale lijn is een absorptielijn, die wordt veroorzaakt wanneer sommige lichtfrequenties worden geabsorbeerd door uitgezonden straling. Aan de andere kant is een emissielijn te zien in licht dat werd geabsorbeerd en vervolgens opnieuw werd uitgezonden. Spectrale lijnen kunnen astronomen aanwijzingen geven over de samenstelling en snelheid van astronomische objecten.
De eerste van de twee soorten spectrale lijnen zijn absorptielijnen. Absorptielijnen treden op wanneer licht wordt uitgestraald door een object, zoals een ster, en gaan vervolgens door een gas voordat het een waarnemer bereikt. In dit geval zal licht van een hete ster sterk worden uitgestraald over een breed frequentiebereik; met andere woorden, het zal een continu spectrum van straling hebben. Als het echter door een koel gas gaat, kan licht met bepaalde frequenties door het gas worden geabsorbeerd. Wanneer een waarnemer het licht analyseert, dat oorspronkelijk uit de ster kwam, zal het absorptielijnen vertonen - merkbare gaten in bepaalde stralingsfrequenties.
Het tweede soort spectrale lijn is een emissielijn. Sterrenlicht kan niet continu worden geabsorbeerd door een gas omdat het licht energie bevat. Het wordt eerder door het gas geabsorbeerd en vervolgens op een later tijdstip opnieuw uitgezonden. Wanneer het opnieuw wordt uitgezonden, bevat het licht alleen de frequenties die door het gas zijn geabsorbeerd. Daarom moeten de frequenties van emissielijnen overeenkomen met de frequenties van overeenkomstige absorptielijnen. Dit is in feite geverifieerd door astronomen die opnieuw uitgezonden licht observeren; de twee soorten spectrale lijnen zijn in wezen omgekeerd van elkaar.
Spectrale lijnen bestaan omdat het licht dat wordt uitgestraald door elementen en chemicaliën een continu spectrum van frequenties heeft. In plaats van een homogene entiteit te zijn, is zichtbaar licht eigenlijk elektromagnetische straling binnen een bepaald frequentiebereik. Straling die onzichtbaar is voor het blote oog heeft ook een continue frequentieverdeling, hoewel deze buiten het zichtbare bereik geconcentreerd is. Een wetenschappelijk instrument dat bekend staat als een spectrometer kan worden gebruikt om de frequenties van elektromagnetische straling te analyseren.
Het bestuderen van deze lijnen kan astronomen twee belangrijke stukjes informatie geven. Allereerst, met kennis van welke gassen welke absorptielijnen produceren, kunnen spectrale lijnen helpen bij het identificeren van de samenstelling van planetaire atmosferen. Astronomen hebben deze techniek gebruikt om de atmosfeer van planeten buiten het zonnestelsel te karakteriseren. Ten tweede kunnen herkenbare patronen van spectrale lijnen de snelheid van astronomische objecten aangeven - de snelheid van een object verschuift de frequentie van zijn straling, inclusief spectrale lijnen.