Wat is spectroscopie?
Spectroscopie is de studie van licht dat in zijn samenstellende kleuren breekt. Door deze verschillende kleuren te onderzoeken, kan men een willekeurig aantal eigenschappen van het te bestuderen object bepalen, omdat de kleuren van het licht de energietoestanden reflecteren. Meer technisch kijkt spectroscopie naar de interactie tussen materie en straling. Het wordt gebruikt om verbindingen in de chemie te analyseren, om te bepalen waaruit verschillende elementen bestaan, en wordt ook gebruikt in de astronomie om inzicht te krijgen in zowel de samenstelling als de snelheden van astronomische lichamen.
Men kan spectroscopie verdelen in vele subdisciplines, afhankelijk van wat wordt gemeten en hoe het wordt gemeten. Sommige belangrijke divisies omvatten massaspectrometrie, elektronenspectroscopie, absorptiespectroscopie, emissiespectroscopie, röntgenspectroscopie en elektromagnetische spectroscopie. Er zijn echter ook veel andere soorten spectroscopie, waaronder die kijken naar geluid zoals het verstrooit, of elektrische velden.
Bij röntgenspectroscopie bombarderen bijvoorbeeld röntgenstralen een stof. Wanneer ze het raken, worden de elektronen in de binnenste omhulsels van de atomen geëxciteerd, en dan de-exciteren ze straling. Deze straling komt uit op verschillende frequenties, afhankelijk van het atoom, en er zijn kleine variaties afhankelijk van de aanwezige chemische bindingen. Dit betekent dat de straling kan worden onderzocht om te bepalen welke elementen aanwezig zijn, in welke hoeveelheden en welke chemische bindingen bestaan.
In de astronomie kan spectroscopie worden gebruikt om een breed scala aan dingen over de samenstelling van sterren en andere hemellichamen te bepalen. Dit komt omdat licht een golf is en verschillende energieën verschillende golflengten hebben. Deze verschillende golflengtes correleren met verschillende kleuren, die kunnen worden waargenomen met behulp van telescopen. Spectroscopie omvat het kijken naar de verschillende kleuren en het gebruiken van wat bekend is over de energieën van verschillende processen en elementen om een kaart te maken van wat er op duizenden miljoenen lichtjaren afstand gebeurt.
Er zijn twee hoofdspectra van licht die worden bekeken in astronomische spectroscopie: continu en discreet. Een continu spectrum heeft een breed scala aan kleuren die relatief continu zijn. Een discreet spectrum daarentegen heeft bepaalde pieken van zeer heldere of zeer donkere lijnen bij specifieke energieën. Discrete spectra met heldere spikes worden emissiespectra genoemd, terwijl die met donkere spikes absorptiespectra worden genoemd.
De continue spectra worden uitgezonden door dingen zoals sterren, evenals dingen op aarde zoals branden, dieren of gloeilampen. Omdat energie wordt vrijgegeven over het spectrum van golflengten, lijkt het nogal continu, hoewel er pieken en dalen kunnen zijn binnen het spectrum. Natuurlijk is niet al dit licht zichtbaar voor het blote oog, veel ervan bestaat in het infrarood- of ultraviolette bereik.
Discrete spectra worden daarentegen meestal veroorzaakt door iets dat gebeurt door een bepaald atoom. Dit komt omdat, vanwege bepaalde regels van de kwantummechanica, elektronenwolken een zeer specifieke energie hebben, afhankelijk van het bijbehorende atoom. Elk element heeft slechts een handvol energieniveaus die het kan hebben, en bijna allemaal zijn ze gemakkelijk te identificeren. Tegelijkertijd willen deze elementen altijd terugkeren naar deze basale energieniveaus, dus als ze op de een of andere manier opgewonden raken, zenden ze de extra energie uit als licht. Dat licht heeft de exacte golflengte die je voor dat atoom zou verwachten, waardoor astronomen de lichtpiek kunnen bekijken en kunnen herkennen om welke atomen het gaat, waardoor de geheimen van de samenstelling van het universum worden ontsloten.