Co to są linie spektralne?
Linie widmowe są przerwami w zwykle ciągłym rozkładzie częstotliwości w świetle. Powstają, gdy emitowane światło jest częściowo absorbowane przez materię, zwykle gaz. Jednym typem linii widmowej jest linia absorpcyjna, która powstaje, gdy pewne częstotliwości światła są absorbowane przez emitowane promieniowanie. Z drugiej strony linię emisji można zobaczyć w świetle, które zostało pochłonięte, a następnie ponownie wyemitowane. Linie spektralne mogą dać astronomom wskazówki na temat składu i prędkości obiektów astronomicznych.
Pierwszy z dwóch rodzajów linii widmowych to linie absorpcyjne. Linie absorpcji powstają, gdy światło jest emitowane z obiektu, takiego jak gwiazda, a następnie przechodzi przez gaz, zanim dotrze do obserwatora. W takim przypadku światło z gorącej gwiazdy będzie emitowane silnie w szerokim zakresie częstotliwości; innymi słowy, będzie miał ciągłe spektrum promieniowania. Jeśli jednak przejdzie przez zimny gaz, światło o określonych częstotliwościach może zostać pochłonięte przez gaz. Kiedy obserwator analizuje światło, które pierwotnie pochodziło z gwiazdy, pokaże linie absorpcyjne - zauważalne przerwy w pewnych częstotliwościach promieniowania.
Drugi rodzaj linii widmowej to linia emisyjna. Światło gwiazd nie może być nieustannie pochłaniane przez gaz, ponieważ światło zawiera energię. Jest raczej absorbowany przez gaz, a następnie ponownie emitowany. Kiedy jest ponownie emitowane, światło zawiera tylko częstotliwości, które zostały pochłonięte przez gaz. Dlatego częstotliwości linii emisyjnych powinny pasować do częstotliwości odpowiednich linii absorpcyjnych. W rzeczywistości zostało to zweryfikowane przez astronomów obserwujących ponownie emitowane światło; dwa typy linii widmowych są zasadniczo odwrotnymi względem siebie.
Istnieją linie widmowe, ponieważ światło emitowane przez pierwiastki i substancje chemiczne ma ciągłe spektrum częstotliwości. Zamiast być jednostką jednorodną, światło widzialne jest w rzeczywistości promieniowaniem elektromagnetycznym o określonym zakresie częstotliwości. Promieniowanie niewidoczne gołym okiem ma również ciągły rozkład częstotliwości, chociaż jest skoncentrowane poza zakresem widzialnym. Do analizy częstotliwości promieniowania elektromagnetycznego można wykorzystać instrument naukowy znany jako spektrometr.
Badanie tych linii może dostarczyć astronomom dwóch ważnych informacji. Przede wszystkim, wiedząc, które gazy wytwarzają które linie absorpcyjne, linie widmowe mogą pomóc w określeniu składu atmosfer planetarnych. Astronomowie wykorzystali tę technikę do scharakteryzowania atmosfery planet poza Układem Słonecznym. Po drugie, rozpoznawalne wzory linii widmowych mogą wskazywać prędkość obiektów astronomicznych - prędkość obiektu zmienia częstotliwość jego promieniowania, w tym linii widmowych.