طیف نما

مقدمه

منجمان می‌توانند تعیین کنند که:

الف. دما در سطح هر ستاره چقدر است.

ب. چه وادی در سطح هر ستاره یافت می شود و به چه مقادیری.

پ. آیا ستاره دارای میدان مغناطیسی هست و اگر هست شدت آن چیست؟

ت. آیا ستاره به ما نزدیک می شود یا از ما دور می شود و با چه سرعتی؟

همه ی این اطلاعات و بسیاری داده های دیگر درباره ی ستارگان از تحلیل دقیق تابشی بدست می¬آید که از ستاره ها به ما می رسد. شاخه ای از علم که به چنین تحلیلی می¬پردازد، طیف نمایی نامیده می شود و ابزار اصلی آن طیف نماست.<ref name="multiple1">نجوم به زبان ساده / نوشته مایردگانی / ترجمه محمدرضا خواجه پور / انتشارات گیتا شناسی </ref>

طیف نما

کار طیف نما تجزیه ی شعاع نور به رنگ های تشکیل دهنده ی آن است – کاری شبیه به آنچه قطرات آب در ابر انجام می دهند و رنگین کمان را بوجود می آورند. تجزیه ی نور سفید به چندید رنگ، یا بوسیله ی منشور شیشه ای و یا بوسیله ی نوری پراش انجام می گیرد.<ref name="multiple1">نجوم به زبان ساده / نوشته مایردگانی / ترجمه محمدرضا خواجه پور / انتشارات گیتا شناسی </ref>

طیف نمای منشوری

منشور. نور خورشید با ورود به منشور به گستره ی کاملی از رنگ ها تجزیه می شود که طیف نام دارد. این رنگ ها در خروج از منشور، ا ز یکدیگر باز هم بیشتر جدا می شوند. بر پرده ای که عمود بر این اشعه نگه داشته شود نقش رنگارنگی دیده می شود که بسیار شبیه رنگین کمان است.

یک شعاع نور معمولی، مثلا نور آفتاب، با ورود به شیشه ی منشور به ردیف پیوسته ای از رنگ ها تجزیه می شود و با خروج از منشور به هوا دستخوش تجزیه بیشتری می گردد. این ردیف رنگ ها طیف نامیده می شود. طیف نور خورشید هر هفت رنگ عمده بنفش، نیلی، آبی، سبز، زرد، نارنجی و سرخ را شامل می شود. همه ی رنگ های حد وسط نیز در آن وجود دارد.

دو اصل اساسی فیزیکی بر تجزیه ی نور به رنگ های مختلف ناظر است:

الف. نور صورتی از انرژی ست که آن را می‌توان متشکل از امواج دانست.

تجربه می گوید که فرق نور سرخ با نور آبی تنها در طول موج آن است. نور سرخ با نور آبی تنها در طول موج آن است. نور سرخ بلندترین طول موج را در طیف مرئی دارد و بنفش کوتاهترین را.

ب. طول موج، چنان که از نامش برمی آید، فاصله ی بین دو برآمدگی متوالی موج است. طول موج را معمولا بر حسب واحدی بیان می کنند که فوق العاده کوچک است و آنگستروم نامیده می شود. یک آنگستروم برابر 1/10,000,000,000 متر است. طول موج نور سرخ، بر حسب این واحد، تقریبا 7000 آنگستروم و طول موج نور بنفش در حدود 4000 آنگستروم است.

شکاف کلیماتور،شکاف در کانون عدسی کلیماتور قرار داده می شود، عدسی شعاع های واگرا را موازی هم می کند.

پ. شکستی که نور در ورود به شیشه دچار آن می شود به طول موج آن بستگی دارد: موج کوتاه بنفش بیش از موج بلند سرخ شکسته می شود. به این ترتیب رنگ های گوناکونی که در ابتدا در نور سفید جای داشتند، به اندازه های متفاوت می شکنند و نور تجزیه می شود.

اجزای اصلی یک طیف نمای منشوری، علاوه بر منشور عبارت است از یک شکاف باریک، یک کلیماتور و یک تلسکوپ.

شکاف باریک، دریچه ایست که نور از آن وارد طیف نما می شود. شکاف را نسبتا باریک می سازند تا از روی هم افتادن رنگ ها در زیف جلوگیری شود.

شکاف باریک در کانون یک عدسی غیررنگی(آکروماتیک) به نام کلیماتور قرار داده می شود که کار آن تغییر امتداد شعاع های نور و آوردن آن ها به مسیر های متوازی است.

هر شعاع موازی با عبور از منشور به رنگ های گوناگون تجزیه می شود.بنابراین شعاع A طیف کاملی از سرخ تا بنفش را بوجود می آورد، شعاع B نیز یک طیف کامل از سرخ تا بنفش را پدید می آورد و الی آخر.

کار جمع کردن مولفه های سرخ همه شعاع ها در یک مکان توسط شیئی تلسکوپ انجام می گیرد: این عدسی همه ی اجزای سرخ تجزیه شده و نیز همه ی اجزای تجزیه شده ی رنگ های دیگر را جمع می کند و یکی بعد از دیگری قرار می دهد. چشم که از چشمی تلسکوپ نگاه می کند توالی رنگ هایی را می بیند که همان طیف است و البته متشکل از تصویرهای شکاف باریک است و هر تصویر را نوری با طول موج مخصوص تشکیل داده است. اگر نوری که از شکاف می گذرد همه ی طول موج ها را شامل گردد، تصویرها توالی پیوسته ای را تشکیل می دند. اگر نوری که وارد طیف نما می شود فاقد برخی از طول موج ها باشد، طیف پیوسته نخواهد بود. جایی که معمولا توسط طول موج های گم شده اشغال می شود، سیاه به نظر خواهد رسید.

برخی از چشمه های نور، مثلا چراغ نئون، فقط چند طول موج معین را گسیل می کنند.طیف آنها به صورت ک رشته خطوط روشن به نظر می رسد که نوارهای پهن سیاهی آن ها را از هم جدا می کند. هر خط روشن تصویری از شکاف است که یکی از طول موج های موجود در نور تشکیل داده است.

در بحث بالا، نور هم به صورت یک حرکت موجی و هم به صورت یک شعاع توصیف شد. موج تصویر درست تر است. شعاع تنها برای مشخص کردن امتداد حرکت موج به کار می رود.<ref name="multiple1">نجوم به زبان ساده / نوشته مایردگانی / ترجمه محمدرضا خواجه پور / انتشارات گیتا شناسی </ref>

طیف نما یا توری پراش

در این طیف نما به جای منشور یک توری پراش قرار داده شده است. ساده ترین شکل توری به صورت قطعه ی شیشه ای است که برآن تعداد زیادی خطوط موازی حک شده است. هر چه تعداد خطوط در سانتی متر بیشتر باشد، توری بهتر است. توری های خوب در حدود پانزده هزار خط در ساتی متر دارند. نوری که از توری می گذرد به رنگ های مختلف تجزیه می ود. اما تجزیه در این مورد بر اساس شکست نیست. بلکه در نتیجه ی تداخل میان امواج نوری است که از فاصله ی بین خطوط گذر کرده اند.<ref name="multiple1">نجوم به زبان ساده / نوشته مایردگانی / ترجمه محمدرضا خواجه پور / انتشارات گیتا شناسی </ref>

مقایسه ی طیف نماها

طیف نمای توری دار برتر از طیف نمای منشوری است. زیرا طیف را گسترده تر می سازد. طیف نمای منشوری نور را در فضای کوچکی متمرکز می کند و طیفی که پدید می آورد پرنورتر از طیف نمای توری دار است. این طیف نما منحصرا برای بررسی نوری به کار می رود که از ستارگان کم فروغ و اجرام سماوی دیگر به ما می رسد.<ref name="multiple1">نجوم به زبان ساده / نوشته مایردگانی / ترجمه محمدرضا خواجه پور / انتشارات گیتا شناسی </ref>

انواع طیف( مرئی)

چند نوع طیف وجود دارد: پیوسته، خط روشن و خط تاریک.

طیف پیوسته، چنان که از نامش برمی آید نمایشی ست از همه ی رنگ ها، از سیرترین سرخ تا فرابنفش و رنگین کمان آسمان مثال خوبی از آن است. در آزمایشگاه می‌توان با گرما دادن به یک جسم جامد، یک مایع و یا یک گاز چگال و بالا بردن دمای آن تا چندین هزار درجه ی سانتی گراد، طیفی پیوسته پدید آتورد. مثلا نوری که از رشته ی چراغ برق گسیل می شود دارای چنین طیفی است.

طیف پیوسته. نور مرئی چراغ قوس کربن، طیفی پیوسته ایجاد می کند که گستره ی رنگ آن از سرخ تا بنفش است. توجه داشته باشید که طیف مرئی فقط قسمتی از تمام طیف است. فراتر از بنفش مرئی، نور فرابنفش جای دارد که با چشم انسان دیده نمی شود. آن را می‌توان یا به کمک پرده ی فلوئورسان و یا با استفاه از صفحه عکاسی ردیابی کرد. فروتر از سرخ مرئی، منطقه ی وسیعی از تابش است که با چشم انسان دیده نمی شود و فروسرخ نام دارد. یکی از راه های ردیابی تابش فروسرخ استفاده از ترموکوپل است. تابش، اتصال ترموکوپل را گرم می کند و در آن جریانی الکتریکی بوجود می آورد.این جریان را می‌توان با یک گالوانومتر اندازه گرفت

وقتی که نور از گازی گسیل می شود که در آن تخلیه ی الکتریکی روی می دهد، طیف آن متشکل از چند خط موازی مجزا از هم است. این طیف به طیف خط روشن موسوم است.

تولید طیف خط روشن. یکی از راه های ایجاد طیف خط روشن آن است که: الف) لوله را باز گاز مورد نظر(با فشار کم) پر کنید، ب) آن را به پتانسیل الکتریکی قوی وصل کنید.نوری که از گاز ساطع می شود چون با طیف نما دیده می شود، یک طیف خط روشن را بوجود می آورد.

طیفی که بوسیله ی هیدروژن تولید می شود، از چندید خط روشن بر زمینه ای تاریک تشکیل شده است.

طیف هیدروژن. این شکل مربوط به یک نگاتیو ( خطوط تاریک بر زمینه ی روشن) است. روی پوزیتیو، خطوط رنگین (نارنجی، آبی و بنفش)بر زمینه ای تاریک ظاهر می شوند.

باید توجه داشت که خط روشن شکل، شکاف را نشان می دهد. اگر شکاف به صورت هلال باشد، خطوط نیز هلالی شکل خواهند بود.

رنگ شاخص تابلوهای نئون، نتیجه ی خطوط نارنجی و سرخ روشن در طیف آن است.

طیف نئون. رنگ شاخص تابوهای نئونی نتیجه ی شدت زیاد خطوط سرخ و نارنجی در طیف آن است. این خطوط رنگ های دیگر طیف را تحت الشعاع قرار می دهند. این شکل نگاتیو طیف را نشان می دهد. روی پوزیتیو، خطوط رنگ های یاد شده را بر روی زینه ای تاریک دارند.

خطوط روشن هر عنصری را می‌توان با قرار دان نمک فراری از آن عنصر در شعله ی آتش، بوجود آورد. طیف بخار سدیم فقز ددارای یک خط زرد روشن بر زمینه ای تاریک است. دقت بیشتر نشان می دهد که خط زرد یک خط دوتایی است، یعنی دو خط بسیار نزدیک به هم است که با علامتهای D₁ و D₂ نموده می شود.

طیف سدیم. نور زرد شاخص اچرغ های سدیم عمدتا معلول دو خط بسیار روشن در ناحیه ی زرد طیف است. خطوط طیفی را معمولا با حروف و اعداد مشخص می کنند. دو خط طیف سدیم به خطوط D₁ و D₂ موسومند. طول موج خط D₁ برابر 5896 آنگستروم و طول موج خط D₂ برابر 5890 آنگستروم است. این دو خط به قدری به یکدیگر نزدیکند که در تفکیک کم به صورت یک خط پهن به نظر می رسند.

باید به دقت تمام توجه داشت که هر عنصر شیمیایی همیشه الگوی ثابتی از خطوط را نشان می دهد. بدین معنی که هر عنصر اثر انگشت خود را دارد که هیچ عنصر دیگری دارای آن نیت. از این مطلب در تجزیه ی شیمیایی و بسیاری رشته های کاربستی دیگر استفاده می شود.

طیف خط تاریک، که طیف جذبی نیز نامیده می شود، نتیجه ی جذب نوری با طول موج معین توسط گاز های نسبتا سرد است. طول موج های جذب شده همان طول موج هایی ست که گاز وقتی به اندازه کافی برانگیخته شود، گسیل می کند.

بخار سرد سدیم دو خط زرد را از طیف پیوسته حذف می کند.

طیف خط تاریک. نور معمولی که طیفی پیوسته دارد، با عبور از میان گازی سرد، بعضی از اجزای خود را از دست می دهد. اجزای از دست رفته همیشه همان هایی اند که گاز به هنگام تشعشع، گسیل می کند. به این ترتیب بخار سدیم خطوط D₁ و D₂ را از طیف پیوسته حذف می کند. یک راه برای ایجاد طیف خط تاریک یا طیف جذبی در اینجا نشان داده شده است.

بنابراین طیف سدیم به صورت دو خط تاریک در زمینه ای از طیف پیوسته به نظر خواهد رسید. <ref name="multiple1">نجوم به زبان ساده / نوشته مایردگانی / ترجمه محمدرضا خواجه پور / انتشارات گیتا شناسی </ref>

طیف خط تاریک بخار سدیم. این طیف معکوس طیف خط روشن است. خطوط زرد D₁ و D₂ در زمینه ای از طیف پیوسته، تاریک به نظر می رسند.(توجه کنید که شکل فوق یک نگاتیو است و در نتیجه ، تاریک و روشن جایشان عوض شده است.)

طیف ستاره ها از نوع " خط تاریک" است. منشا طیف پیوسته در سطح ستاره است. خطوط تاریک معلول جو بیرونی ستاره است. نمونه ای از طیف نور یک ستاره در شکل نشان داده شده است.<ref name="multiple1">نجوم به زبان ساده / نوشته مایردگانی / ترجمه محمدرضا خواجه پور / انتشارات گیتا شناسی </ref>

نمونه ای از طیف یک ستاره. طیف ستاره ها، طیف خط تاریک است. برخی از خطوط تاریک مربوط به هیدروژن است و بعضی دیگر مربوط به هلیوم و نیز خطوط دیگر از عناصر دیگر است. از مطالعه ی دقیق این خطوط، اطلاعاتی در مورد مواد موجود در سطح و نیز اطلاعات دیگر بدست می آید

طیف ستارگان

تحلیل چنین طیفی به تفکیک خطوط به چندین گروه می انجامد. که هر گروه مربوط به یکی از 92 عنصر طبیعی است.به این ترتیب طیف نمایی به تعیین مواد موجود در هر ستاره و مقادیر نسبی عناصر که از روشنی نسبی گروه های مختلف به دست می آید کمک می کنند.

البته این تحلیل به عناصر موجود در جو هر ستاره مربوط می‌شود.احتمال دارد که ترکیب جو یک ستاره همانند ترکیب درون آن باشد.<ref name="multiple1">نجوم به زبان ساده / نوشته مایردگانی / ترجمه محمدرضا خواجه پور / انتشارات گیتا شناسی </ref>

انواع طیف(انرژی)

در برخی مطالعات (مثلا برای یافتن دمای یک ستاره)نه تنها دانستن طول موج ها(رنگ)هایی که در طیف ظاهر می‌شود دارای اهمیت است. بلکه اطلاع از مقدار انرژی موجود در هر طول موج نیز لازم است.

در شکل زیر منحنی انرژی برحسب طول موج بر یک طیف پیوسته رسم شده است.<ref name="multiple1">نجوم به زبان ساده / نوشته مایردگانی / ترجمه محمدرضا خواجه پور / انتشارات گیتا شناسی </ref>

منحنی انرژی. این منحنی نوعی است که نقدار انرژی را بر حسب ارگ ( محور عمودی )، در هر طول موج بر حسب آنگستروم ( محور افقی ) نشان می دهد.

منحنی انرژی یک طیف از راه زیر به دست می آید.

آ:ایجاد طیف بر روی پرده.

ب:تبدیل نور به انرژی گرمایی.بدین طریق اجازه دادهمی‌شود که نور توسط جذب کننده خوبی(جسم سیاه)جذب شود.

پ:تعیین مقدار انرژی گرمایی هر طول موج.

ت:رسم منحنی انرژی نسبت به طول موج.

• باید توجه داشت که طیف از کوتاه ترین طول موج(xوگاما)شروع و تا بلند ترین طول موج(فروسرخ و رادیویی)ادامه میابد.ودر دو حد طیف انرژی ها نسبتا اندکند.همچنین باید دانست که قسمت های مختلف طیف باید بررسی شوند.و برای هر قسمت وسایل و تکنولوژی خاص لازم است.بنابر این رشته هایی به نام نجوم پرتوxو نجوم رادیویی وجود دارند.
• وقتی که دمای گسیلنده زیاد است دو تغییر در منحنی روی میدهد.

آ:سطح زیر منحنی بزرگ می‌شود یعنی در هر طول موج انرژی بیشتری گسیل می‌کند.

ب:ماگزیموم برامدگی های منحنی به سمت طول موج کوتاه تغییر مکان پیدا می‌کند.

منحنی انرژی طیف خط روشن سدیم در شکل زیر نمود شده است،در این منحنی دو خط انرژی دیده می‌شود که مربوط به نور زردی است که از سدیم گسیل می‌شود و در طول موج های دیگر هیچ انرژی وجود ندارد.<ref name="multiple1">نجوم به زبان ساده / نوشته مایردگانی / ترجمه محمدرضا خواجه پور / انتشارات گیتا شناسی </ref>

منحنی انرژی سدیم را نشان می دهد که فقط در طول موج های 5890 و 5896 آنگستروم، انرژی گسیل شده است. انرژی طول موج های دیگر صفر است.

به همین قیاس منحنی انرژی طیف خط تاریک سدیم به سورت شکل زیر است. این منحنی، منحمی پیوسته ای است که دو خط از آن حذف شده است. طول موج های حذف شده عبارت است از 5890 و 5896 آنگستروم.<ref name="multiple1">نجوم به زبان ساده / نوشته مایردگانی / ترجمه محمدرضا خواجه پور / انتشارات گیتا شناسی </ref>

منحنی جذب برای سدیم. این منحنی متشکل از توزیعی پیوسته است که از آن دو طول موج حذف شده اند. طول موج های خط های حذف شده همان طول موج خط های گسیل شده در شکل بالا است

بالاخره منحنی انرژی مربوط به یک ستاره، خطوط بسیاری را نشان می دهد که بر اثر جذب از منحنی پیوسته، حذف شده اند. این خطوط را می‌توان به چنیدن گروه تقسیم کرد که هر گروه مربوط به یکی از 92 عنصری است که به طور طبیعی یافت می شود.<ref name="multiple1">نجوم به زبان ساده / نوشته مایردگانی / ترجمه محمدرضا خواجه پور / انتشارات گیتا شناسی </ref>

منحنی انرژی یک ستاره. منحمی پیوسته ای است که بر اثر جذب نور ستارهدر جو خود، بسیاری خطوط از آن حذف شده اند.

منابع

<references />