Hva gjør en Spectrograph Do?

Et prisme lage en regnbue kan virke som en enkel, pen leketøy å se på, men det er faktisk en av de viktigste oppfinnelsene i historien om fysikk. Ved å bryte lys opp i individuelle bølgelengder, kan vi lære alle slags interessante ting om kilden til dette lyset. Selv om moderne spektrografer lage mye skarpere bilder enn regnbuens fra et prisme, de er i prinsippet alle, men identiske. Les videre for å finne ut hva de er og hva de gjør.

Betydning

En spektrograf er en enhet for å måle lys. Når vi ser lyset som sendes ut eller reflekteres fra et objekt, vanligvis ser det ut til å være i en bestemt farge. Natrium lysene er oransje, for eksempel, og snø er hvit. I virkeligheten gjenstander ofte avgir flere farger av lys på samme tid, enten i kontinuerlige områder eller i trange band. Ved å analysere hva slags lys kommer av et fjernt objekt, kan en spektrograf fortelle oss mye om hva objektet vi ser på er laget av, hvor varmt det er, og hva som kan være mellom den og oss.

typer

Spektrografer alle har en linse for å fokusere lyset som kommer inn fra alle retninger i en enkelt stråle. Det strålen er så skinte på noe som skiller den inn i et spektrum. Tidlig spektrografer, kalt spektrometre, brukte et glassprisme å bryte opp lys og skinner den på en overflate. Forskere som studerer lyset vil da se på det lys for manglende band eller regioner av uvanlig lysstyrke. De ville bruke en linjal for å beregne den omtrentlige bølgelengde for hvert bånd av lys. Mer moderne spektrografer brukt diffraksjonsgitter og fotopapir. Diffraksjonsgitteret skapt et mer nøyaktig bilde enn et prisme, og det fotografiske papiret som tillates for forskerne å skape en nøyaktig oversikt over lyskilden. Nåværende spektrografer bruke diffraksjonsgitter sammen med spesielle lette å oppdage celler. Disse detektorene er i stand til å måle lysstyrken til hvert bånd av lys.

Funksjon

Spektrografer er mest brukt i astronomi. Lyset reiser i små pakker som kalles fotoner. Ekstremt varme molekyler, slik som de som finnes i stjerner, slipper fotoner av lys. Frekvensen av de fotoner som varierer avhengig av hvor varm molekylene er og hva slags molekyler de er. Ved å analysere den spektrale stråling av en stjerne, kan astronomene lære hvor varmt det er, og hvor mye av den består av hydrogen, helium eller andre molekyler. Spektrografer kan også brukes til å studere absorpsjonen. Gasser kan absorbere molekyler passerer gjennom. En gass vil bare absorbere fotoner fra en bestemt bølgelengde, og deretter spre dem eller re-avgir dem som fotoner av andre bølgelengder. Astronomer kan noen ganger få øye på kjøligere gasser mellom en observasjon punkt og en stjerne ved å legge merke bånd av manglende lys fra absorpsjon.

Identifikasjon

Du kan se hvordan en spektrograf fungerer selv med et enkelt stykke klart diffraksjonsgitter. En fluorescerende pære ser ut til å gi av hvitt lys når du ser på det med det blotte øye, men ser på det gjennom et stykke diffraksjonsgitter forteller en helt annen historie. Det vil skille i tre bilder, en rød, en grønn en og en blå. En lignende ting skjer når du ser på en av de oransje natriumlamper som brukes som natt lamper i de fleste byer. Det vil avgi to separate orange bilder, en en litt annen farge enn den andre. Dette er de spektrallinjer som astronomene se etter når du studerer en stjerne.

fordeler

Spektrografer kan brukes til mange andre ting enn å studere utslippsmønstre stjerner. En av de mest nyttige anvendelser av en spektrograf studerer hvor raskt universet utvider. Når en lydkilde beveger seg raskt mot deg, synes det å ha en høyere tonehøyde enn normalt. Når den beveger seg bort fra deg, banen plutselig lowers.This kalles Doppler-effekten. Det samme skjer med lys. Når en stjerne beveger seg bort fra oss, hyppigheten av lyset vi oppfatter som kommer fra det ser ut til å falle litt. Ved å nøye studere hyppigheten av spectal linjer, kan vi se hvor raskt andre galakser beveger seg bort fra oss.