Wie ein Spektrum messen
Brechen Licht in ein Spektrum: Dispersion und Diffraction
jede Astronomie Lehrbuch nur über die Sie jemals abholen eine Phrase enthalten, dass der Prozess Licht bis in ein Spektrum von Bruch ist „wie vorbei weißes Licht durch ein Prisma.“ Dieses Verfahren, genannt Dispersion. entsteht, da verschiedene Farben (oder Wellenlängen) von Licht bend um unterschiedliche Beträge, wie sie etwa von einem niedrigen Dichte Medium (wie Luft) in ein höhere Dichte Medium (wie das Glas in einem Prisma) passieren. Daher wird ein schmaler Strahl von „weißem“ Licht verbreiten läßt in einen Regenbogen aus. Voila, ein Spektrum!
Die Farben der bekannten „Regenbogen“ des sichtbaren Lichts entsprechen Wellenlängen des Lichts unterschiedlich, hier im Nanometer-Maßstab dargestellt. Die Wellenlängen erhalten sukzessive größer, wenn man sich von links nach rechts.
Aber ein solches Spektrum, wenn auch sehr hübsch, ist von sehr geringem Nutzen für die Astronomen. Diese Art von Spektrum vermittelt nicht die detaillierten physikalischen Informationen, die wir benötigen Wissenschaft zu tun. Und als eine praktische Sache, einige Arten von Licht (wie UV-Licht zum Beispiel) gehen nicht durch ein Glasprisma, sondern absorbiert werden! Es ist hart, ein Spektrum zu messen, wenn das Licht absorbiert wird!
Wie funktioniert ein solches Gitter brechen einen Lichtstrahl in seine Komponentenwellenlängen? [TBD. Hoffe, dass dies bald hinzuzufügen! Aber die meisten Intro Physik Text Bücher geben eine Beschreibung dieses Prozesses. Also, bis ich mich um, um es zu erhalten, verwenden Sie die Bibliothek!]
Spektroskopische und Spektrographen
Ein Beugungsgitter selbst ist wirklich nicht besser als ein Prisma ein astronomisches Spektrum zu schaffen. Das Gitter muss in ein Gerät eingebaut wird ein Spektroskop oder Spektrographen hierfür genannt zu tun. Dies sind effektiv die gleiche, außer dass ein Spektroskop einfach zur visuellen Inspektion verwendet wird (das heißt, das Auge ist der Detektor), während ein Spektrograph einige Mittel (fotografischer Film oder ein elektronischer Detektor) umfasst zum Aufzeichnen des Spektrums für die Analyse. In der professionellen Astronomie in diesen Tagen ist es sehr wenig Bedarf für ein Spektroskop (so wie es nur sehr wenig andere Beobachtungs Arbeit ist eigentlich mit dem bloßen Auge durchgeführt, mit der möglichen Ausnahme von der ganzen Tag auf einem Computer-Monitor starrt!).
Ok, so was ist ein Spektrograph? In seiner einfachstenen Form ist es ein lichtdichten Kasten mit einem kleinen (oft schmalen, rechteckigen oder einstellbarer) Öffnung Licht einzulassen, ein Gitter, das Licht in seine Bestandteile zu brechen, und ein „Detektor“ irgendeine Art an den richtigen platziert Winkel und Abstand von dem Gitter des Spektrums des Wellenlängenbereichs von Interesse aufzuzeichnen. Teleskope verwendet, um das schwache Licht von entfernten Gegenständen zu sammeln, und die Spektrographen werden im Brennpunkt des Teleskops angeordnet, um das Licht zu analysieren.
Erfassen und Aufzeichnen Spectra
Ein Detektor ist einfach ein Gerät, und mißt die einfallende Licht abtastet. In einem Spektrographen weist der Detektor diese Aufgabe über einen Bereich von Wellenlängen durchzuführen, um die Lichtmenge messen, wie es von Wellenlängenänderungen auf der Wellenlänge. In einem optischen Spektroskop, der Detektor ist das Auge, die die verschiedenen Farben und das Vorhandensein von dunklen Absorptionslinien oder helle Emissionslinien im Spektrum der Quelle zu betracht abtastet. In einem Spektrographen wird ein anderes Gerät verwendet, um das Licht zu erfassen.
Dieses Bild zeigt einen elektronischen Detektor ein ladungsgekoppeltes Bauelement oder CCD bezeichnet. Das kleine zentrale Rechteck enthält eine dicht gepackte Anordnung von 320 x 512 Lichtsensordioden, von denen jeder einzeln um die Helligkeit des Lichts erfassen und die Information an einen Computer senden. Stellen Sie sich dieses Gerät im Mittelpunkt eines großen Teleskops platzieren! Es ermöglicht den Astronomen zu „sehen“ Objekte millionenfach schwächer als das bloße Auge! (Klicken Sie auf das Bild, um eine größere Version zu sehen. Foto mit freundlicher Genehmigung von der Smithsonian Astrophysical Observatory.)
In den letzten 20 Jahren oder so, auch fotografische Aufnahme von Spektren ist fast ein Ding der Vergangenheit an. Die elektronische Erfassung von Spektren ist der empfindlichste, quantitativer, Weg, um das Licht zu detektieren, und es wird das Spektrum direkt in eine digitale Form, die auf einem Computer verarbeitet werden können (wo die eigentliche Arbeit getan wird). Der Detektor am häufigsten in der Astronomie verwendet in diesen Tagen ist ein ladungsgekoppeltes Gerät genannt. oder CCD. Diese Vorrichtung ist im Grunde eine Anordnung von winzigen, lichtempfindlichen Dioden und ist auch heute üblicherweise in Videokameras und Digitalkameras verwendet. Astronomischer CCDs ist jedoch oft gezwickt, um die beste Leistung bei schwachen Lichtverhältnissen zu liefern, in vielen Fällen die Ankunft von einzelnen Photonen des Lichts von entfernten Quellen im Universum Aufnahme!
Auflösungsvermögen im Vergleich zu Spectral Coverage
Jedes Mal, wenn ein Astronom an ein Teleskop geht Spektren zu erhalten, kann er / sie eine Reihe von Fragen über die Ziele, die für ihre Untersuchung beantworten muss. Zum Beispiel hat man genau zu wissen, was Spektrallinien zu beachten sind, und daher, wie viel spektrale Abdeckung erforderlich ist. Ist alle Linien von Interesse in dem roten Teil des Spektrums, oder ist voll spektrale Abdeckung aus heiterem Himmel durch die rot benötigt? Die andere grundlegende Frage ist, wie viele Auflösungsvermögen benötigt werden (im Grunde, wie viel braucht das Licht, um die Details ausgebreitet wird im Spektrum zeigen)?
Diese letzte Frage umfasst mehrere Überlegungen. Gibt es Spektrallinien von Interesse, die in der Wellenlänge nahe beieinander sind? Wenn dem so ist, muss eine ausreichend hohe Dispersion verwenden die Leitungen zu erlauben getrennt werden; andernfalls werden die Linien so miteinander vermischt, dass sie nicht einzeln gemessen werden können.
Eine Schwierigkeit ergibt sich manchmal, wenn ein Projekt sowohl eine hohe spektrale Dispersion und breiten Wellenlängenbereich wünscht. Für einen Detektor mit fester Größe, breitet sich, je mehr man das Licht aus (höhere Dispersion), desto geringer der Bereich von Wellenlängen, die auf dem Detektor (kleinere spektrale Abdeckung) fallen. In Fällen, in denen beide spektrale Abdeckung und hohe spektrale Dispersion benötigt werden, eine so genannte Sonder Spektrographen ein Echelle-Spektrograph verwendet werden kann. Diese Vorrichtung enthält zwei Beugung Gitter statt einen, eine hohe Dispersion, die die gewünschten spektrale Auflösung, und ein unteres Dispersionsgitter, die das Gesamtspektrum erstreckt sie in eine Reihe von Miniatur-Spektren bereitzustellen Gittern abdeckt jeweils nur einen Teil des gewünschten Spektralbereich. Während diese Spektrographen für jede Beobachtung nicht geeignet sind, sie machen es möglich, in bestimmten Fällen für eine einzelne Beobachtung der Arbeit von 50 oder mehr Beobachtungen mit einem regelmäßigen Spektrographen zu tun!
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