Skip to main content
Global

5: الإشعاع والأطياف

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    197280

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    أقرب نجم بعيد جدًا لدرجة أن أسرع مركبة فضائية بناها البشر ستستغرق ما يقرب من 100,000 عام للوصول إلى هناك. ومع ذلك، فإننا نرغب بشدة في معرفة المادة التي يتكون منها هذا النجم الجار وكيف تختلف عن شمسنا. كيف يمكننا التعرف على التركيب الكيميائي للنجوم التي لا نأمل في زيارتها أو أخذ عينات منها؟

    في علم الفلك، معظم الأشياء التي ندرسها بعيدة تمامًا عن متناول أيدينا. درجة حرارة الشمس مرتفعة جدًا لدرجة أن المركبة الفضائية ستتعطل قبل وقت طويل من وصولها، والنجوم بعيدة جدًا عن زيارتها في حياتنا مع التكنولوجيا المتاحة الآن. حتى الضوء، الذي ينتقل بسرعة 300000 كيلومتر في الثانية (km/s)، يستغرق أكثر من 4 سنوات للوصول إلينا من أقرب نجم. إذا أردنا التعرف على الشمس والنجوم، يجب أن نعتمد على التقنيات التي تسمح لنا بتحليلها من مسافة بعيدة.

    • 5.1: سلوك الضوء
      أظهر جيمس كليرك ماكسويل أنه عندما تغير الجسيمات المشحونة حركتها، كما يحدث في كل ذرة وجزيء، فإنها تطلق موجات من الطاقة. الضوء هو أحد أشكال هذا الإشعاع الكهرومغناطيسي. يحدد الطول الموجي للضوء لون الإشعاع المرئي. يرتبط الطول الموجي () بالتردد (f) وسرعة الضوء (c) بالمعادلة c = f. يتصرف الإشعاع الكهرومغناطيسي أحيانًا مثل الموجات، ولكن في أوقات أخرى، يتصرف كما لو كان جسيمًا يسمى الفوتون.
    • 5.2: الطيف الكهرومغناطيسي
      يتكون الطيف الكهرومغناطيسي من أشعة جاما والأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية والضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء والإشعاع الراديوي. لا يمكن للعديد من هذه الأطوال الموجية اختراق طبقات الغلاف الجوي للأرض ويجب ملاحظتها من الفضاء، في حين أن البعض الآخر - مثل الضوء المرئي وراديو FM والتلفزيون - يمكن أن يخترق سطح الأرض. يرتبط انبعاث الإشعاع الكهرومغناطيسي ارتباطًا وثيقًا بدرجة حرارة المصدر.
    • 5.3: التحليل الطيفي في علم الفلك
      مقياس الطيف هو جهاز يشكل طيفًا، وغالبًا ما يستخدم ظاهرة التشتت. يمكن أن يتكون الضوء الصادر من مصدر فلكي من طيف مستمر أو طيف انبعاث (خط ساطع) أو طيف امتصاص (خط داكن). نظرًا لأن كل عنصر يترك بصمته الطيفية في نمط الخطوط التي نلاحظها، تكشف التحليلات الطيفية تكوين الشمس والنجوم.
    • 5.4: بنية الذرة
      تتكون الذرات من نواة تحتوي على بروتون واحد أو أكثر من البروتونات الموجبة الشحنة. يمكن أن تحتوي جميع الذرات باستثناء الهيدروجين أيضًا على نيوترونات واحدة أو أكثر في النواة. تدور الإلكترونات سالبة الشحنة حول النواة. يحدد عدد البروتونات عنصرًا (يحتوي الهيدروجين على بروتون واحد، والهيليوم اثنان، وهكذا) من الذرة. النوى التي لها نفس عدد البروتونات ولكن الأعداد المختلفة من النيوترونات هي نظائر مختلفة لنفس العنصر.
    • 5.5: تكوين الخطوط الطيفية
      عندما تنتقل الإلكترونات من مستوى طاقة أعلى إلى مستوى أدنى، تنبعث فوتونات ويمكن رؤية خط انبعاث في الطيف. تظهر خطوط الامتصاص عندما تمتص الإلكترونات الفوتونات وتنتقل إلى مستويات طاقة أعلى. نظرًا لأن كل ذرة لها مجموعتها المميزة من مستويات الطاقة، ترتبط كل منها بنمط فريد من الخطوط الطيفية. يسمح هذا لعلماء الفلك بتحديد العناصر الموجودة في النجوم وفي غيوم الغاز والغبار بين النجوم.
    • 5.6: تأثير دوبلر
      إذا كانت الذرة تتحرك نحونا عندما يغير الإلكترون مداره وينتج خطًا طيفيًا، فإننا نرى هذا الخط يتحول قليلاً نحو اللون الأزرق لطوله الموجي الطبيعي في الطيف. إذا كانت الذرة تتحرك بعيدًا، فإننا نرى الخط يتحول نحو اللون الأحمر. يُعرف هذا التحول باسم تأثير دوبلر ويمكن استخدامه لقياس السرعات الشعاعية للأجسام البعيدة.
    • 5.E: الإشعاع والأطياف (تمارين)

    الصورة المصغرة: تم التقاط هذه الصورة للشمس بعدة أطوال موجية مختلفة من الأشعة فوق البنفسجية، والتي لا تستطيع أعيننا رؤيتها، ثم تم ترميزها بالألوان بحيث تكشف عن نشاط في الغلاف الجوي للشمس لا يمكن ملاحظته في الضوء المرئي. هذا هو السبب في أنه من المهم مراقبة الشمس والأجسام الفلكية الأخرى بأطوال موجية بخلاف النطاق المرئي للطيف. تم التقاط هذه الصورة بواسطة قمر صناعي من فوق الغلاف الجوي للأرض، وهو أمر ضروري لأن الغلاف الجوي للأرض يمتص الكثير من الأشعة فوق البنفسجية القادمة من الفضاء. (الائتمان: تعديل العمل من قبل وكالة ناسا).