Vad är spektroskopi?

Spektroskopi är studiet av ljus när det bryter in i dess bestående färger. Genom att undersöka dessa olika färger kan man bestämma valfritt antal egenskaper hos objektet som studeras, eftersom ljusets färger återspeglar energitillståndet. Mer tekniskt sett spektroskopi tittar på interaktionen mellan alla ämnen och strålning. Det används för att analysera föreningar inom kemi, för att bestämma vilka olika element som utgör något, och används också i astronomi för att få insikt i både sammansättningen och hastigheterna hos astronomiska kroppar.

Man kan dela upp spektroskopi i många subdiscipliner, beroende på vad som mäts och hur det mäts. Vissa huvuddelar inkluderar masspektrometri, elektronspektroskopi, absorptionsspektroskopi, emissionsspektroskopi, röntgenspektroskopi och elektromagnetisk spektroskopi. Det finns många andra typer av spektroskopi också, inklusive de som ser på ljud när det sprids eller elektriska fält.

I röntgenspektroskopi, till exempel, bombarderar röntgenstrålar ett ämne. När de träffar den, elektronerna i de inre skalen i atomerna upphetsas och avspännar sedan och avger strålning. Denna strålning kommer ut vid olika frekvenser, beroende på atomen, och det finns små variationer beroende på de kemiska bindningarna som finns. Detta innebär att strålningen kan undersökas för att bestämma vilka element som finns, i vilka mängder och vilka kemiska bindningar som finns.

I astronomi kan spektroskopi användas för att bestämma ett brett spektrum av saker om sammansättningen av stjärnor och andra himmelkroppar. Detta beror på att ljus är en våg, och olika energier har olika våglängder. Dessa olika våglängder korrelerar med olika färger, som kan observeras med teleskop. Spektroskopi innebär att man tittar på de olika färgerna och använder det som är känt om energierna i olika processer och element för att skapa en karta över vad som händer tusentals miljoner ljusår bort.

Det finns två huvudspektra av ljus som tittas på i astronomisk spektroskopi: kontinuerlig och diskret. Ett kontinuerligt spektrum har ett brett spektrum av färger som är relativt kontinuerliga. Ett diskret spektrum har å andra sidan vissa toppar med mycket ljusa eller mycket mörka linjer vid specifika energier. Diskreta spektra som har ljusa spikar kallas emissionspektra, medan de som har mörka spikar kallas absorptionsspektra.

De kontinuerliga spektraerna släpps ut av saker som stjärnor, liksom saker på jorden som bränder, djur eller glödlampor. Eftersom energi frigörs över spektrumet med våglängder verkar det ganska kontinuerligt, även om det kan finnas toppar och dalar i spektrumet. Inte allt detta ljus är naturligtvis synligt för det blotta ögat, mycket av det finns i det infraröda eller ultravioletta området.

Diskreta spektra å andra sidan orsakas vanligtvis av något som händer av en viss atom. Detta beror på att vissa molnmekaniska regler har elektronmoln en mycket specifik energi beroende på den tillhörande atomen. Varje element har bara en handfull energinivåer det kan ha, och nästan alla är lätt identifierbara. Samtidigt vill dessa element alltid återgå till dessa grundläggande energinivåer, så om de blir upphetsade på något sätt avger de den extra energin som ljus. Det ljuset har den exakta våglängden man kan förvänta sig för den atomen, vilket gör att astronomer kan se ljustoppen och känna igen vilka atomer som är involverade, vilket hjälper till att låsa upp hemligheterna i universums sammansättning.