Co to jest spektroskopia?
Spektroskopia jest badaniem światła, które rozpada się na składowe kolory. Badając te różne kolory, można określić dowolną liczbę właściwości badanego obiektu, ponieważ kolory światła odzwierciedlają stany energii. Z technicznego punktu widzenia spektroskopia analizuje interakcję między dowolną materią a promieniowaniem. Służy do analizowania związków w chemii, do określania, jakie różne elementy składają się na coś, a także jest wykorzystywany w astronomii, aby uzyskać wgląd zarówno w skład, jak i prędkości ciał astronomicznych.
Spektroskopię można podzielić na wiele poddyscyplin, w zależności od tego, co jest mierzone i jak jest mierzone. Niektóre główne podziały obejmują spektrometrię masową, spektroskopię elektronową, spektroskopię absorpcyjną, spektroskopię emisyjną, spektroskopię rentgenowską i spektroskopię elektromagnetyczną. Istnieje jednak wiele innych rodzajów spektroskopii, w tym te, które patrzą na dźwięk rozproszony lub pola elektryczne.
Na przykład w spektroskopii rentgenowskiej promieniowanie rentgenowskie bombarduje substancję. Kiedy uderzą, elektrony w wewnętrznych powłokach atomów są wzbudzane, a następnie wzbudzane, emitując promieniowanie. Promieniowanie to wychodzi z różnymi częstotliwościami, w zależności od atomu, i występują niewielkie różnice w zależności od obecnych wiązań chemicznych. Oznacza to, że promieniowanie można zbadać w celu ustalenia, jakie pierwiastki są obecne, w jakich ilościach i jakie wiązania chemiczne istnieją.
W astronomii spektroskopia może być wykorzystana do określenia szerokiego zakresu rzeczy na temat składu gwiazd i innych ciał niebieskich. Jest tak, ponieważ światło jest falą, a różne energie mają różne długości fal. Te różne długości fal korelują z różnymi kolorami, które można zaobserwować za pomocą teleskopów. Spektroskopia polega na spojrzeniu na różne kolory i wykorzystaniu wiedzy o energiach różnych procesów i elementów do zbudowania mapy tego, co dzieje się tysiące milionów lat świetlnych stąd.
Istnieją dwie główne widma światła, które są badane w spektroskopii astronomicznej: ciągła i dyskretna. Ciągłe spektrum ma szeroki zakres kolorów, które są względnie ciągłe. Z drugiej strony widmo dyskretne ma pewne piki bardzo jasnych lub bardzo ciemnych linii przy określonych energiach. Widma dyskretne o jasnych pikach nazywane są widmami emisyjnymi, zaś widma o ciemnych pikach nazywane są widmami absorpcyjnymi.
Ciągłe widma emitowane są przez rzeczy takie jak gwiazdy, a także rzeczy na ziemi, takie jak pożary, zwierzęta lub żarówki. Ponieważ energia jest uwalniana w całym spektrum długości fal, wydaje się raczej ciągła, chociaż w widmie mogą znajdować się szczyty i dołki. Oczywiście nie całe to światło jest widoczne gołym okiem, większość z nich istnieje w zakresie podczerwieni lub ultrafioletu.
Z drugiej strony widma dyskretne są zwykle spowodowane przez coś, co dzieje się z określonym atomem. Wynika to z faktu, że z powodu pewnych zasad mechaniki kwantowej chmury elektronów mają bardzo specyficzną energię, zależną od powiązanego atomu. Każdy element ma tylko kilka poziomów energii, które może posiadać, i prawie wszystkie z nich są łatwe do zidentyfikowania. Jednocześnie elementy te zawsze chcą wrócić do tych podstawowych poziomów energii, więc jeśli zostaną w jakiś sposób podekscytowane, emitują dodatkową energię w postaci światła. To światło ma dokładnie taką długość fali, jakiej można oczekiwać dla tego atomu, co pozwala astronomom zobaczyć szczyt światła i rozpoznać, jakie atomy są zaangażowane, pomagając odkryć sekrety składu wszechświata.