כיצד ניתן ללמוד על הכוכבים, הרחוקים מאיתנו מאות ואלפי שנות אור,  רק מהתבוננות בהם? כאשר מסתכלים על הכוכבים רואים נקודות אור וגם אם נקרב אותם אלינו באמצעות עדשות וטלסקופים עצומים עדיין נראה רק נקודות אור קרובות יותר.

הדרך ללמוד על הכוכבים מהאור שלהם היא לפרק את האור שנראה למרכיביו ובאמצעות הפרוק הזה ללמוד על התכונות של החומר אותו האור חולף. השיטה נקראת "ספקטרומטריה".

פרוק אור באמצעות מנסרה

פרוק אור באמצעות מנסרה

הקרינה הנפלטת ממקור אור מסוים, בין אם טבעי כמו השמש או כוכב אחר, ובין אם מלאכותי, כמו מנורת שולחן, מורכבת מאור באורך גל בודד או במספר אורכי גל, או ברצף של אורכי גל. לכל אחד מהצבעים יש אורך גל שונה והעיניים שלנו יודעות להבדיל בין הצבעים. אחת השיטות לפרוק האור למרכיביו היא באמצעות מנסרה. לוקחים מקור אור לבן (זהו מקור שמכיל את כל הצבעים ביחד) ומאירים על המנסרה. עקב מבנה המנסרה, כל גל נשבר קצת אחרת והתוצאה היא שאנו רואים את כל צבעים ברצף כקשת צבעים. זהו העקרון עליו מבוססת הספקטרומטריה.

המכשיר שמפריד את הקרינה למרכיביה קרוי ספקטרומטר. במצפי כוכבים השונים, מחובר הספקטרומטר במקום שבו מתמקד האור מן הטלסקופ. תוצאת פירוק האור למרכיביו קרויה ספקטרום (וברבים – ספקטרה). בצורתו הגולמית נראה ספקטרום אופייני של אור ממקור כלשהו כרצף של קווים בצבעים שונים.

הספקטרום הנוצר מכיל מידע על המקור שיצר אותו. ניתן ללמוד ממנו על הטמפרטורה של המקור, מאיזה חומרים הוא עשוי ועוד.

ניתן להבחין בשלושה סוגי ספקטרה, ללא קשר לתחום הספקטרלי של הקרינה – ספקטרום רציף, ספקטרום פליטה וספקטרום בליעה. ניתן לראות על ההבדל בין השיטות בתמונה הבאה:

פיזור ובליעה בספקטרומטריה

פיזור ובליעה בספקטרומטריה

צפיה ישירה במקור נותנת לנו ספקטרום רציף, אם נצפה במקור האור שהוא עובר דרך ענן של חומר אז חלקים מהקרינה יבלעו או יפוזרו מהחומר. אם נכוון לצפות רק בקרינה שמפוזרת מהחומר אז נראה את הקווים הבודדים שמתפזרים מהענן, לעומת זאת, אם נתבונן על הבליעה נראה תמונת תשליל של הפיזור – הספטקרום המלא עם "חורים" במקומות בהם נבלעה הקרינה בענן. על בסיס שיטה זו ניתן לנתח מבנה חומרים שונים:

קווי פיזור ובליעה

לכל חומר יש מבנה ספקטרלי שמאפיין אותו. להלן כמה חומרים מאפיינים

 

ספקטרום אופייני של חומרים

ספקטרום אופייני של חומרים

שימוש בחלל בשיטה זו הוא מורכב אבל אפשרי ואלגוריתמים מיוחדים מנתחים את המידע ומאפשרים לנו ללמוד על מבנה החומרים.

בתוך טלסקופ החלל האבל מותקן רכיב בשם STIS שמאפשר ניתוח קווי בליעה ספקטרליים של אור מרוחק ולמצור את המרחקים ומבנה החומר של עננים אותם חולף האור בדרכו.

באמצעות רכיבים מסוג זה ניתן לקבל תמונות מרהיבות שהצבעים בהם מספרים לנו על תכונות החומר מהם הם בנויות, על הטמפרטורה והמרחק שלהם מאיתנו

 

פעילויות קשורות