§ 18. Спектральный анализ в астрономии

1. Что такое спектр? Какие явления доказывают сложный состав света?

Пропустив пучок света через трёхгранную стеклянную призму, можно заметить, что свет не только преломляется к основанию призмы, но и распадается на цветовые составляющие. Получающаяся на экране цветная полоска, состоящая их семи основных цветов, постепенно переходящих один в другой, была названа спектром.

2. Назовите и дайте определения трём основным видам спектров.

Спектры бывают сплошные (непрерывные), линейчатые и полосатые.

Сплошной спектр имеет вид непрерывной полосы, цвета которой постепенно переходят один в другой. Все твёрдые тела, расплавленные металлы, светящиеся газы и пары, находящиеся под очень большим давлением, дают сплошной спектр. Такой спектр можно, например, получить от дугового фонаря и горящей свечи.

Линейчатый спектр (атомный) состоит из отдельных резких цветных линий, разделённых тёмными промежутками. Спектр имеет такой вид, если в качестве источника света используются раскалённые газы или пары, когда их давление мало отличается от нормального и газы находятся в атомарном состоянии.

Полосаты спектр (молекулярный) состоит из отдельных линий, сливающихся в полосы (чёткие с одного края и размытые с другого), разделённые тёмными промежутками. Спектр имеет такой вид, если мы имеем дело с молекулами газов и паров.

3. Что такое спектральный анализ?

Спектральный анализ — это метод исследования химического состава и физических характеристик небесных объектов, основанный на изучении их спектров.

4. Измерение спектрограммы звезды показало, что линия железа ($λ$ = 530.2 нм) в её спектре смещена по сравнению с линиями лабораторного источника в сторону наиболее коротких волн на 0,02 нм. Какова скорость звезды по лучу зрения?

Решение временно отсутствует

5. Сформулируйте и запишите закон смещения Вина и закон Стефана-Больцмана. Какое значение эти законы имеют в астрономии?

Закон смещения Вина записывается в виде формулы: $λ_{max}·T=b,$ где буквами обозначены: $λ_{max}$ — длина волны; $T$ — абсолютная температуры; $b$ — постоянная Вина, которая равна $2.9·10^{-3}\,м·К.$

Закон Вина можно применять не только для оптического диапазона электромагнитного излучения, но и для любого другого диапазона волн.

Закон Стефана-Больцмана определяет мощность излучения абсолютно черного тела и записывается так:

$$ε=σT^4,$$

где буквами обозначены: $ε$ — мощность излучения единицы поверхности нагретого тела; $σ$ — постоянная Стефана-Больцмана, которая равна $5.67·10^{-8}\,Вт/(м^2·К^4);$ $T$ — обсалютная температура.

6. Определите температуру звезды, если в её спектре максимум интенсивности излучения приходится на длину волны равной 340 нм.

Дано:

$λ_{max} = 340 нм,$
$b ≈ 2,9 · 10^{-3}\, м · К.$

$T - ?$

Решение:

Переведём длину волны в метры: $340\, нм = 3.4 · 10^{-7}\,м.$ Воспользуемся законом смещения Вина для нахождения $T$:

$λ_{max} · T = b.$
$T = \dfrac{b}{λ_{max}}$ $= \dfrac{2,9 · 10^{-3}.}{3.4 · 10^{-7} }$ $\approx 8 530\, К.$

Ответ: $\approx 8 530\, К.$

7. В каком случае смещение линий спектрограммы может не происходить, несмотря на движение объекта?

Решение временно отсутствует