9.2. 2012: Již několik let rengenová observatoř Chandra detekuje každý den gamma záblesky ze supermasivní černé díry nazývané Sagittarius A*, která je ve středu naší Galaxie. Dle nasbíraných dat se astronomové usuzují, že tyto záblesky způsobují asteroidy, které jsou pohlcovány touto černou dírou.
24. 1. 2012: Zemi dnes má zasáhnout plasma, která se pohybuje rychlostí 1400 km/s. Sluneční erupce proběhla včera a její snímky zachytila družice SOHO a Proba 2. Neočekává se žádný podstatný účinek na pozemní infrastrukturu, byla pouze omezena činnost některých družic.
14. 1. 2012: Před 270 lety zemřel slavný anglický astronom, který objevil první periodicky vracející se kometu. Byl to Edmunt Halley, který se dále zasloužil o potápěčský zvon nebo o přesnou metodu měření vzdálenosti Země Slunce pomocí přechodu Venuše přes Sluneční disk.
Světlo VIII: Elektromagnetické spektrum
Fyzikální vědu, která studuje vznik a vlastnosti spekter, nazýváme spektroskopie. Jí bude věnován další díl našeho seriálu. Podívejme se pečlivěji na vlastnosti pojmu spektrum. V rámci seriálu se budeme bavit o světle bavit jako o elektromagnetickém spektru. Zakladatelem a objevitelem spektroskopie je sir Isaac Newton, který pomocí skleněného hranolu rozložil bílé světlo na jednotlivé monochromatické složky (viditelné světlo o stejné vlnové délce). Tento jev lze velmi jednoduše vysvětlit. Víme, že světlo se na rozhraní dvou opticky rozdílně hustých prostředí láme (podle Snellova zákona), kde poměr sinusů úhlu dopadu a úhlu lomu je roven poměru indexů lomu obou prostředí.
Následuje velmi důležitá závislost, a to závislost indexu lomu na vlnové délce použitého světla. Index lomu je přímo úměrný rychlosti světla v daném prostředí a obecně platí, že u skel-dielektrik (pozor, u kovu je tato závislost složitější), čím menší vlnová délka použitého skla, tím vyšší index lomu skla (viz obrázek 1).
Obr. 1
Nyní si stačí uvědomit, že vlnová délka daného světla rozhoduje o barvě daného elektromagnetického záření. V případě Isaaca Newtona (v 17. st. n. l.), šlo o to, že klasické bílé světlo (např. záření Slunce) je souhrn všech vlnových délek, které se na hranolu lámaly, avšak každé o jiný úhel, a proto vytvořily pozorované spektrum viditelného světla (viz obrázek 2).
Obr. 2 (po kliknutí na obrázek se spustí animace)
Viditelné světlo je ovšem pouze velmi malý interval vlnových délek. Máme celou řadu jiných druhů elektromagnetického záření (viz obrázek 3).
Obr. 3 (pro větší rozlišení klikněte na obrázek)
Podle dané zkoumané oblasti vlnových délek se dělí i spektroskopie. Spektroskopie pochopitelně nedává pouze informaci o tom, jak která látka láme světlo a tedy i o indexu lomu daného prostředí. Spektroskopie totiž poskytuje i velmi dobrý nástroj na zjišťování chemického složení, vzdáleností, rychlostí, povrchové teploty a celé řady dalších vlastností elektromagnetického zdroje, např. hvězd, galaxií, hvězdokup a jiných vesmírných objektů.
Fyzikální pochopení principů spektroskopie spočívá v interakci (fyzikálním silovém působení) daného elektromagnetického záření se vzorkem. Hmota se skládá z molekul nebo jednotlivých atomů. Ty mohou dané záření pohltit (tzv. absorpce), nebo mohou naopak ve formě záření uvolnit danou energii (tzv. emise). Existuje i kombinace, která nejprve energii pohltí a po nějakém čase opět vyzáří (tzv. fluorescence a fosforescence). Dané jevy ovšem nastávají pouze pro přesnou (diskrétní) hodnotu energie, tj. vlnové délky záření. To způsobí, že spektrum není spojité, ale skládá se z mnoha čar a linií. Tyto čáry jsou jedinečné pro každý prvek z chemické tabulky prvků. Typické jevy a přechody v atomech a jejich energie (a tedy i pozorovaná oblast spektra) jsou přehledně seřazeny tabulce č. 1.
Tab. 1: Ve vzdálené infračervené oblasti odpovídá každá linie změně rotace molekuly. Ve střední a blízké infračervené oblasti změně vibrace a rotace molekuly. Ve viditelné a ultrafialové oblasti spekter dochází k elektronovým změnám (přeskokům z orbitalů různých energií) ve vnějších slupkách molekulových a atomových orbitalů, v oblasti rentgenového záření ke změnám ve vnitřních slupkách atomů. Radioaktivní záření gama vede k přeskokům jaderných částic mezi jednotlivými energetickými hladinami jádra. Se zkracující se vlnovou délkou záření se zvyšuje jeho energie a také účinek záření na atomy či molekuly je znatelnější. Zatímco radiové vlny svým dopadem ovlivní jen orientaci jaderného spinu a účinek na molekulu je téměř nulový, takže gama záření je schopno zničit i atomová jádra. Pro vyšší rozlišení klikněte na tabulku.
Budeme-li pozorovat spektra atomů plynů, často obsahují pouze sadu ostrých čar, mezi kterými se nachází tmavé (neosvětlené) pásy. Tato spektra nazýváme čárová. Daná čára vznikne přechodem z vyšší energetické hladiny atomu na nižší. Aby platil zákon zachování energie, musí se daná energie vyzářit na přesně dané frekvenci. Pokud spektrum obsahuje sadu širších pruhů, hovoří se o pásovém spektru. Pásy jsou tvořeny vzájemně se překrývajícími spektrálními čarami, které od sebe nelze odlišit. Pásová spektra jsou obvykle pozorována u molekul. Zdrojem pásového spektra jsou nejčastěji žhavá pevná i kapalná tělesa.
Obr. 4: Příklady spekter: a) spojité spektrum; b) čárové (emisní) spektrum; c) pásové spektrum; d) absorpční čárové spektrum.
Pokud záření vzniká v určité látce, hovoří se o spektru emisním. Emisní spektra jsou čárová a pásová spektra na tmavém pozadí. Pokud pozorujeme spektrum, které vzniklo průchodem bílého světla určitou látkou, pak mluvíme o spektru absorpčním. Absorpční spektrum dané látky je vlastně doplňkem jejího emisního spektra. Tam, kde se u absorpčního čárového spektra nachází tmavé pruhy, jsou u emisního spektra stejné látky spektrální čáry a naopak. Obecně ještě emisní spektrum muže obsahovat více charakteristických čar než absorpční. Zde muže elektron přeskočit do vyšší hodnoty pouze o danou energii záření. Ovšem u emise muže elektron udělat na malou chvilku meziskok na nějaké hladině (tím vyzáří různě energetické fotony). Přehled daných spekter je na obrázku 4.
Nyní už velmi dobře rozumíme ústřednímu pojmu pro spektroskopii, totiž spektrum. V dalším díle si již vysvětlíme, jak spektroskopie určuje výše zmíněné vlastnosti zdrojů záření. Povíme si něco o různých druzích spektroskopie a jaké fyzikální jevy využívají.
počet komentářů: 2 »
komentář
Loading ...
svatoslav butora říká:
5. 5. 2010 v 09:53
Děkuji za velmi kvalitní informace.
Bezi říká:
5. 5. 2010 v 12:08
Děkuji. Velmi mě teší Váš zájem. Pokud byste potřeboval více informaci, nebo prohloubení této problematiky, prosím nevahejte a kontaktujte mě na mail (dvorak ( zavinac) jiast.cz). Rád Vám poskytnu další materiály.
Petr Dvořák