Vad är spektrallinjer?

Spektrallinjer är luckor i den vanligtvis kontinuerliga fördelningen av frekvens i ljus. De resulterar när det utsända ljuset delvis absorberas av materien, vanligtvis en gas. En typ av spektrallinje är en absorptionslinje, som orsakas när vissa frekvenser av ljus absorberas från utsänd strålning. En emissionslinje kan å andra sidan ses i ljus som absorberades och sedan släpptes ut igen. Spektrala linjer kan ge astronomer ledtrådar om sammansättningen och hastigheten hos astronomiska objekt.

Den första av de två typerna av spektrallinjer är absorptionslinjer. Absorptionslinjer uppstår när ljus släpps ut från ett objekt, till exempel en stjärna, och passerar sedan genom en gas innan den når en observatör. I detta fall kommer ljus från en het stjärna att släppas ut starkt över ett brett frekvensområde; med andra ord kommer det att ha ett kontinuerligt strålningsspektrum. Om den passerar genom en sval gas kan emellertid ljus med vissa frekvenser absorberas av gasen. När en observatör analyserar ljuset, som ursprungligen kom från stjärnan, kommer det att visa absorptionslinjer - märkbara luckor i vissa strålningsfrekvenser.

Den andra typen av spektrallinje är en utsläppslinje. Starlight kan inte kontinuerligt absorberas av en gas eftersom ljuset innehåller energi. Snarare absorberas den av gasen och släpps sedan ut vid en senare tidpunkt. När det släpps ut innehåller ljuset endast de frekvenser som absorberades av gasen. Därför bör frekvenserna för utsläppslinjer matcha frekvenserna för motsvarande absorptionslinjer. Detta har faktiskt verifierats av astronomer som observerar återutsläppt ljus; de två typerna av spektrallinjer är i huvudsak inverser av varandra.

Spektrallinjer finns eftersom ljuset som släpps ut från element och kemikalier har ett kontinuerligt spektrum av frekvenser. Snarare än att vara en homogen enhet är synligt ljus faktiskt elektromagnetisk strålning inom ett visst frekvensområde. Strålning som är osynlig för det blotta ögat har också en kontinuerlig frekvensfördelning, även om den är koncentrerad utanför det synliga området. Ett vetenskapligt instrument som kallas spektrometer kan användas för att analysera frekvenserna för elektromagnetisk strålning.

Att studera dessa linjer kan ge astronomer två viktiga uppgifter. Först av allt, med kunskap om vilka gaser som producerar vilka absorptionslinjer, kan spektrallinjer hjälpa till att identifiera sammansättningen av planetariska atmosfärer. Astronomer har använt denna teknik för att karakterisera atmosfärerna av planeter utanför solsystemet. För det andra kan igenkännbara mönster av spektrallinjer indikera hastigheten hos astronomiska objekt - ett objekts hastighet förskjuter frekvensen för dess strålning, inklusive spektrallinjer.