Спектральный анализ

Астрономические методы изучения Небесных светил - Спектральный анализ

В середине прошлого столетия был открыт спектральный анализ. Он основан на том, что лучи разного цвета, из которых состоит свет того или иного источника, при переходе из одной среды в другую, например из воздуха в стекло, преломляются по-разному. С тех пор этот метод анализа света совершенствуется и получает разнообразнейшие применения. Ему мы обязаны большинством наших сведений о физической природе и химическом составе небесных тел.

Спектральный анализ производится при помощи прибора, называемого спектроскопом (Рисунок 55). Спектроскоп состоит из одной или нескольких стеклянных призм и двух трубок.

Рисунок 55 - Схема устройства спектроскопа и спектрографа.

Одна из них (на рисунке - левая), называемая коллиматором, имеет на переднем конце узкую щель, через которую проходит свет изучаемого светила. На другом ее конце находится объектив, в фокусе которого и помещена щель. Поэтому лучи света от щели, являющейся как бы источником света для спектроскопа, выходят параллельным пучком и падают на призму все под одинаковым углом. В этом и состоит назначение коллиматора.

В призме сложный свет разлагается на свои составные части. Лучи разных цветов расходятся, так как преломляются призмой по-разному. После преломления лучи поступают в зрительную трубу. Если вместо окуляра в фокусе зрительной трубы поместить фотографическую пластинку, мы получим фотографию составных частей изучаемого света, называемую спектрограммой. В этом случае прибор называется спектрографом.

Обнаружено, что раскаленные твердые и жидкие тела, а также раскаленные, сильно наэлектризованные (ионизированные) газы дают так называемый сплошной спектр в виде радужной полоски. В таком спектре последовательно переходят друг в друга цвета красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий и фиолетовый. Белый солнечный свет состоит из всех цветов радуги. Как известно, свет распространяется в виде волн, и каждый цвет спектра имеет свою длину волны. Точнее, каждой точке спектра соответствует своя длина волны (она одинакова лишь для точек, лежащих на линии, перпендикулярной к протяжению спектра). Два соседних участка спектра, допустим желтые, по цвету на глаз не отличимые друг от друга, имеют разные длины волн.

Газы и пары, когда они находятся в разреженном состоянии и светятся при сильном нагревании или под действием электрического разряда, дают линейчатый спектр, состоящий из ярких цветных линий на темном фоне. Расположение линий в таком спектре зависит от химического состава данного газа. Один и тот же газ, находясь в более или менее одинаковых условиях свечения, дает в спектре одни и те же линии. Таким образом, по линиям спектра можно определить химический состав светящегося газа.

Рисунок 56 - Различные виды спектров: 1 - линейчатый спектр поглощения, 2 - линейчатый спектр излучения.

Если перед источником света, дающим сплошной спектр, поместить пары или газы с более низкой температурой, они поглотят часть света источника. В этом случае в спектроскопе будет виден спектр поглощения: сплошной спектр, перерезанный темными линиями. При этом темные линии находятся в тех же местах спектра, где находятся яркие линии, даваемые этими газами или парами, когда они светятся.