Wikipédia

„Csillagászati színképelemzés” változatai közötti eltérés

Laptörténet interaktív böngészése
[ellenőrzött változat][ellenőrzött változat]
← Régebbi szerkesztésÚjabb szerkesztés →
Tartalom törölve Tartalom hozzáadva
VizuálisWikiszöveges
a apró pontosítások, hivatkozások
3. sor:
A '''színképelemzés''' vagy '''spektrumanalízis''' az összetevőire bontott [[elektromágneses sugárzás]], a színkép vizsgálatát jelenti. A színképelemzéssel foglalkozó tudományágat [[spektroszkópia|spektroszkópiának]] nevezzük.
 
A [[csillag]]ok atmoszférájának az összetételére és a [[fizika]]i állapotára vonatkozó ismereteinket a '''csillagászati színképelemzés''' eredményei tették lehetővé. (Az általános értelemben vett színképelemzéshez lásd: [[Spektroszkópia]].) A [[csillagászat]]i színképelemzés során megvizsgálják az egyes [[hullámhossz|hullámhossz-tartományokhullámhossztartományok]] intenzitását, erősségét ill. fényességét, továbbá az ún. [[Fraunhofer-féle vonalak]] helyzetét és szélességét. Ez utóbbiakat a [[föld]]i [[anyag (fizika)|anyag]]ok színképelemzési eredményeivel összehasonlítva bizonyos [[kémiai elem|elemeknek]] és [[vegyület]]eknek a csillag légkörében való előfordulására következtethetünk. A fényintenzitás folytonos színképbeliszínképi eloszlása a [[hőmérséklet]]től és az anyagi összetételtől függ, így ebből meghatározható a csillagok egyik legfontosabb tulajdonsága, a felszíni hőmérséklet. A színképvonalak [[Doppler-effektus|Doppler-eltolódásának]] vizsgálatával információt nyerhetünk a csillag látóirányú (radiális) sebességéről, majd ebből közvetve – [[kettőscsillag|kettős]] vagy többesrendszer esetén – a rendszer tagjainak [[tömeg]]ére és egyéb [[fizika]]i tulajdonságaira következtethetünk.
 
== A csillagászati színképelemzés története ==
85. sor:
|}
 
A ''spectrum'' kifejezést Newton használta először annak a jelenségnek a megfigyelése kapcsán, hogy a napfény egy prizmán áthaladva színekre bomlik. Bár erről a felfedezésről egy kézírásos dokumentum szerint a Royal Societynek 1672-ben számolt be először, egy korábban megírt leveléből a fehér fény színekre bontásának felfedezését 1666-ra tehetjük. A Nap fényében láthatatlanul jelenlévő színekre használta a latin eredetű ''spectrum'' szót.<ref>http://uni-leipzig.de/~energy/pdf/freuse1.pdf</ref> Felfedezéséről és észrevételeiről később az [[1704]]-ben megjelent ''Optika'' című művében is írt, ahol tisztázta a színek természetét.
A spektroszkópia tudományág kialakulása [[Isaac Newton|Newton]] [[1666]]-os kísérletére vezethető vissza, amikor napszínképet állított elő [[prizma]] segítségével. Felfedezéséről és észrevételeiről az [[1704]]-ben megjelent ''Optika'' című művében írt, ahol tisztázta a színek természetét, és az ún. [[törésmutató]] hullámhossztól való függését. A [[XVIII. század]] elején többen ([[René Descartes|Descartes]], [[Robert Hooke|Hooke]], [[William Herschel|Herschel]]) is elvégezték ugyanezt a kísérletet. A jelenség behatóbb tanulmányozásához [[William Wollaston|Wollaston]] ([[1766]]–[[1828]]) rést is alkalmazott a kísérleteinél, s első ízben felfedezte a napszínkép abszorpciós (elnyelési) vonalait. Szám szerint 7 spektrumvonalat figyelt meg – köztük a [[Nátrium|Na]]-dublettet –, jelentőségüket azonban nem ismerte fel. Ezt egy [[németek|német]] optikus, [[Joseph von Fraunhofer|Fraunhofer]] ([[1787]]–[[1826]]) tette meg, aki – [[távcső]]höz csatolva diszperzív [[optika]]i elemet – a [[Nap (égitest)|Nap]] spektrumában mintegy 600, mai néven Fraunhofer-vonalat talált; melyek közül 350-nek a pontos pozícióját is meghatározta, kiszámítva az általuk letakart színek [[hullámhossz]]át. Ezzel [[1814]]-ben megszületett a csillagászati spektroszkópia.▼
 
▲A spektroszkópia tudományág kialakulása [[Isaac Newton|Newton]] [[1666]]-os kísérletére vezethető vissza, amikor napszínképet állított elő [[prizma]] segítségével. Felfedezéséről és észrevételeiről az [[1704]]-ben megjelent ''Optika'' című művében írt, ahol tisztázta a színek természetét, és az ún. [[törésmutató]] hullámhossztól való függését. A [[XVIII18. század]] elején többen ([[René Descartes|Descartes]], [[Robert Hooke|Hooke]], [[William Herschel|Herschel]]) is elvégezték ugyaneztkísérleteztek a kísérletetnapfényének felbontásával. A jelenség behatóbb tanulmányozásáhoztanulmányozása [[William Hyde Wollaston|Wollaston]] ([[1766]]–[[1828]]) nevéhez fűződik, aki rést is alkalmazott a kísérleteinél, sés elsőelsőként ízbenfedezte felfedeztefel a napszínkép abszorpciós (elnyelési) vonalait. Szám szerint 7 spektrumvonalat figyelt meg – köztük a [[Nátrium|Na]]-dublettet –, jelentőségüket azonban nem ismerte fel. EztEz egy [[németek|német]] optikusfizikus, [[Joseph von Fraunhofer|Fraunhofer]] ([[1787]]–[[1826]]) tettenevéhez köthető. Fraunhofer építette meg, akiaz –első [[távcsőspektroszkóp]]höznak csatolvanevezhető diszperzíveszközt, ebben a [[optikadiszperzió|diszperzív]]i elemetoptikai –elemként használt prizmán és a résen kívül kollimátorlencse is volt a fény útjában, ez gyűjtötte össze a fénysugarakat. Ezzel a berendezéssel Fraunhofer a [[Nap (égitest)|Nap]] spektrumában mintegy 600, vonalat (mai néven [[Fraunhofer-vonalatféle vonalak]]) talált; melyek közül 350-nek a pontos pozícióját is meghatározta, kiszámítva az általuk letakartkitakart színek [[hullámhossz]]át. Ezzel [[1814]]-ben megszületett a csillagászati spektroszkópia.
Fraunhofer felfedezésével egy időben, [[1823]]-ban, [[W. H. Fox Talbot]] és [[John Herschel]] ([[William Herschel]] fia) különféle [[kémiai elem|elemekkel]] festett lángok színképét vizsgálták, és utaltak rá, hogy ez alapján [[kémia]]i analízis végezhető. [[Sir David Brewster|Brewster]] [[1832]]-ben felfedezte, hogy a Fraunhofer-féle vonalak földi fényforrással is előállíthatók. A salétromsav gőzén átbocsátott napfény színképében mintegy 2000 vonalat számlált meg. Azt is megfigyelte, hogy a vonalak száma nő, ha növeljük a gázréteg vastagságát, [[sűrűség]]ét vagy [[hőmérséklet]]ét. E kísérletei nyomán Brewster úgy gondolta, hogy a [[Nap (égitest)|Nap]] fehér fényéből a [[Föld]] [[légkör]]e szűr ki bizonyos színeket, és ezek helyén észleljük a Fraunhofer-féle vonalakat. [[1849]]-ben [[Jean Bernard Léon Foucault|Foucault]] különféle eredetű színképek vizsgálatával szintén egy alapvető felismerésre jutott: a spektrum abszorpciós vagy emissziós volta attól függ, hogy a [[fény]] közvetlenül a fényforrásból érkezik hozzánk, vagy a fényforrást elhagyva egy adott anyagon haladt át. [[1859]]-ben Foucault, és [[Robert Wilhelm Bunsen|Bunsen]] ([[1811]]–[[1899]]) eredményeit felhasználva [[Gustav Robert Kirchhoff|Kirchhoff]] ([[1824]]–[[1887]]) felállította a klasszikus spektrumanalízis 3 alaptörvényét:▼
 
▲Fraunhofer felfedezésével egy időben, [[1823]]-ban, [[William Henry Fox Talbot|W. H. Fox Talbot]] és [[John Herschel]] ([[William Herschel]] fia) különféle [[kémiai elem|elemekkel]] festett lángok színképét vizsgálták, és utaltak rá, hogy ez alapján [[kémia]]i analízis végezhető. [[Sir David Brewster|Brewster]] [[1832]]-ben felfedezte, hogy a Fraunhofer-féle vonalak földi fényforrással is előállíthatók. A salétromsav gőzén átbocsátott napfény színképében mintegy 2000 vonalat számlált meg. Azt is megfigyelte, hogy a vonalak száma nő, ha növeljük a gázréteg vastagságát, [[sűrűség]]ét vagy [[hőmérséklet]]ét. E kísérletei nyomán Brewster úgy gondolta, hogy a [[Nap (égitest)|Nap]] fehér fényéből a [[Föld]] [[légkör]]e szűr ki bizonyos színeket, és ezek helyén észleljük a Fraunhofer-féle vonalakat. [[1849]]-ben [[Jean Bernard Léon Foucault|Foucault]] különféle eredetű színképek vizsgálatával szintén egy alapvető felismerésre jutott: a spektrum abszorpciós vagy emissziós volta attól függ, hogy a [[fény]] közvetlenül a fényforrásból érkezik hozzánk, vagy a fényforrást elhagyva egy adott anyagon haladt át. [[1859]]-ben Foucault, és [[Robert Wilhelm Bunsen|Bunsen]] ([[1811]]–[[1899]]) eredményeit felhasználva [[Gustav Robert Kirchhoff|Kirchhoff]] ([[1824]]–[[1887]]) felállította a klasszikus spektrumanalízis 3három alaptörvényét:
 
[[Fájl:Emission spectrum-Fe.png|thumb|right|400px|A [[vas]] emissziós színképe.]]
[[Fájl:Emission spectrum-H.png|thumb|right|400px|A [[hidrogén]] emissziós színképe. A vonalsorozat két legfényesebb tagja a hidrogén-alfa (vörös) és a hidrogén-béta (kék) vonal.]]
# Az izzásig hevített szilárd testek, folyadékok, valamint a magas hőmérsékletű és nagynyomású [[gáz]]ok folytonos spektrumú [[elektromágneses spektrumsugárzás|sugárzást]] bocsátanak ki, mindenféle színképvonalak nélkül. Ez a kontinuum.
# Világító [[gáz]]ok kisebb [[nyomás]] és alacsonyabb [[hőmérséklet]] mellett különálló, fényes emissziós vonalakat mutatnak. Minden egyes [[kémiai elem]]hez egyedi vonalsorozat tartozik; valamely világító gáz emissziós színképe tehát elárulja a gáz kémiai összetételét.
# Ha egy önmagában folytonos színképet adó anyag fénye egy hűvösebb gázon halad keresztül, akkor a kontinuumon azoknál a [[hullámhossz]]aknál jelentkeznek sötét abszorpciós vonalak, amelyeknél az átvilágított gáz emissziós vonalakat adna, ha saját maga világítana. Másképpen fogalmazva: egyazon [[kémiai elem]] ugyanazon a hullámhosszon nyel el, és bocsát ki sugárzást.
99 ⟶ 101 sor:
[[Fájl:Equivalent width formula2.png|thumb|Ekvivalens szélesség képlete]]
=== A színképvonalak és színképsávok kvantumos elmélete ===
A színképelemzés [[kvantum]]os elméletét csak sokkal később, a [[Bohr-féle atommodell]] ([[1913]]) megszületésekor dolgozták ki. Eszerint folytonos sugárzás keletkezik olyan szabad [[elektron]]oknak a lehetséges energiaszintek (pályák) valamelyikére történő ugrásnál, amelyek előtte az [[atommag]]ok között szabadon mozogtak. Az egyedi esetekben keletkező sugárzás hullámhossza az elektron befogása előtti állapot energiájának és az elért pálya energiaszintjének különbségével arányos ([[Bohr-féle atommodell|Bohr III. törvénye]] alapján). Mivel az eredetileg szabad elektronok energiája jelentősen eltér egymástól, ezért a befogási folyamatnál jelentősen eltérő hullámhosszak keletkeznek, amelyek egyetlen kontinuummá „kenődnek szét”.
 
Tehát a színképeknél alapvetően két típust különböztetünk meg: folytonos és nem folytonos színképek. A nem folytonos színképek lehetnek vonalasak vagy sávosak, ami attól függ, hogy a színképet létrehozó részecske atom-e vagy molekula. A vonalas színképeket szériesz- és multiplett-spektrumokra osztjuk. Szériesz-spektrumoknál az alapnívóhoz magasabb nívók végtelen sorozata csatlakozik. Ilyen színképe van az egy vegyértékelektronnal rendelkező atomoknak, például a hidrogénnek. Az elektron lehetséges energiaállapotainak feltüntetésére a termeket használjuk. Multiplett spektrumok a több vegyértékelektronnal rendelkező atomok esetében jönnek létre, ekkor a termséma bonyolultabbá válik, aminek megfelelően bonyolultabbak és sokrétűbbek lesznek a spektrumok is; vonal helyett vonalcsoportok, azaz multiplettek jönnek létre. A [[molekula|molekulák]] energiaátmeneteiből kapott színképek sávosak, mivel egy-egy energiaszint sok, egymástól nem sokban különböző alszintre bomlik, emiatt a vonalak egymáshoz szorosan közel helyezkednek el. Így a molekulák vonalas színképének tanulmányozásához nagy felbontású spektroszkópiai eszközökre és különleges technikára van szükség.
113 ⟶ 115 sor:
 
=== A hidrogénatom és a hidrogénszerű ionok spektruma ===
A Fraunhofer-féle vonalak keletkezésének folyamatát akkor lehet megérteni, ha a [[fény]] abszorpcióját és emisszióját a legegyszerűbb atom, a [[hidrogén]]atom modelljén magyarázzuk meg. Ha a hidrogénatom elektronja megváltoztatja állapotát, és egy másik, kisebb [[kvantumszám|főkvantumszámú]] állapotot vesz fel, akkor az energiakülönbséget fénykvantumként kisugározza. A fény [[frekvencia|frekvenciája]] <math>\nu = E/h </math>, a [[hullámszám]]a (az egy cm-re jutó hullámhossz) <math>\bar{\nu} = \nu/c = E/ch </math>. A hidrogénatom színképében a következő sorozatok találhatók:
[[Fájl:A hidrogen szinkepei.jpg|thumb|left|350px|A [[hidrogén]]atom színképsorozatai]]
 
130 ⟶ 132 sor:
|}
 
A [[Lyman-sorozat]] az ultraibolya, a [[Balmer-sorozat]] a látható, míg a többi sorozat az [[elektromágneses spektrum]] infravörös tartományában helyezkedik el. A hidrogén egyszerű színképével szemben a nehezebb atomok (növekvő [[tömegszám]] szerint) spektrumai egyre bonyolultabbá válnak. A hidrogénszerű [[ion]]ok, vagyis az egyszeresen ionizált [[hélium]] (He<sup>+</sup>), a kétszeresen ionizált [[lítium]] (Li<sup>2+</sup>), a háromszorosan ionizált [[berillium]] (Be<sup>3+</sup>) stb. spektrumai erős hasonlóságot mutatnak a hidrogénatom spektrumával, mert ezeket a rendszereket szintén egy elektron alkotja, ahol csak a magtöltés és [[tömegszám]] emelkedik. A [[Bohr-atommodell|Bohr-féle atommodell]] szerint az ilyen ionok lehetséges energiaértékei a H-atom energiaértékeinek Z²-szeresei:
{|
|-
140 ⟶ 142 sor:
| <math>E=4chR_H\left(\frac{\mathbf{1}}{4^2}-\frac{\mathbf{1}}{n^2}\right) </math>||&nbsp;||<math>\mathbf{n=5, 6, ...}</math>
|}
amelyet kezdetben a [[hidrogén]]atom színképvonalainak tekintettek. A [[Bohr-féle atommodell|Bohr-elmélet]] nyomán azonban a fenti sorozatot megtalálták a He<sup>+</sup> színképében, héliumban létesített kisülések alapján.
 
=== Az alkáliatomok színképe ===
177 ⟶ 179 sor:
 
=== A sugárzás elnyelése és kibocsátása ===
A [[Bohr-atommodell|Bohr-féle atommodell]] energiaszintjei stacionárius állapotok; az egyik állapotból a másikba történő átmenet csak valamilyen másik [[elemi részecske|részecskével]] történő [[kölcsönhatás]] útján lehetséges (a [[kvantum|fénykvantumot]] itt részecskéknek tekintjük). A kölcsönható részecske által kiváltott folyamat alapvetően kétféle lehet: [[gerjesztés]] vagy [[ionizációs energia|ionizáció]]. Gerjesztés során az atom egy olyan gyors elektronnal lép kölcsönhatásba, amely elegendő energiával rendelkezik ahhoz, hogy az atomot alapállapotból gerjesztett állapotba juttassa. Ezt általánosan így jelöljük:
 
:A + e<sub>gyors</sub> → A<sup>*</sup> + e<sub>lassú</sub> &nbsp; (1) &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;A<sup>*</sup> → A + hν &nbsp;&nbsp; (2)&nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp; &nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;A + hν → A<sup>*</sup>&nbsp;&nbsp; (3)
A lap eredeti címe: „https://hu.wikipedia.org/wiki/Csillagászati_színképelemzés”