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普通天文学/光谱

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紫色散射最多,红色散射最少。

光谱这个词在英语中已经有了广泛的含义,最早由艾萨克·牛顿等科学家在 17 世纪使用,用来指将阳光通过玻璃棱镜获得的颜色范围,或者通过彩虹的自然机制产生。如今,它几乎适用于任何情况下,用来表示广泛的值。特别是在物理学和天文学中,它仍然表示可见光的颜色范围,但也包括从非常长的无线电波到超短波长伽马射线的不可见电磁辐射形式。

产生光谱

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当我们谈论可见光时,颜色类似于波长。红光的波长相对较长,蓝光和紫光的波长相对较短。这些波长也反映了加热物体的温度;红色是较冷的,而蓝色是较热的。像太阳发出的白光,不是由单一颜色或波长组成,而是由多种颜色或波长的混合而成,人眼将它们解释为白色。

虽然所有波长的光在真空中以相同的速度传播,但不同波长的光在通过透明介质(如玻璃、水甚至空气)时速度会有所不同。当光从一种介质(如空气)进入另一种介质(如玻璃)时,其速度会根据两种介质的折射率而变化。在这个例子中,光在进入玻璃时会减速。蓝光或紫光在从低折射率介质进入高折射率介质时,比红光减速得略多。这与玻璃棱镜的特定形状一起,会弯曲或分散光线,将颜色散开。由于蓝光比红光弯曲得更多,因此原始光线混合物会散开成其组成颜色,形成光谱,有点像人工彩虹。

“恒星的亮度也取决于其温度,而温度会影响恒星发出的光谱。如果观察到两颗光谱相同的恒星,并且其中一颗恒星的距离通过视差测量已知,则可以比较它们的亮度。亮度的差异归因于距离的差异。利用平方反比定律,可以确定距离未知恒星的距离。恒星不仅可以在可见光谱中发出辐射,还可以以无线电波、X射线和伽马射线形式发出辐射。所有这些不同的电磁辐射部分都可以与已经讨论过的方法结合起来进行天文测量。”

光谱类型有

  • 连续光谱,是由白炽固体(如电炉的红热元件)、液体(如熔化的熔岩)或高压气体(如恒星表面)产生的宽带。
  • 发射光谱,以窄亮线为特征,由激发的低压气体产生。发射光谱源的例子有彗星的彗发和彗尾,以及玫瑰星云。
  • 吸收光谱,以窄暗线为特征,由连续光谱通过低压气体产生。这在太阳和恒星的光谱中可以看到,是由恒星较冷、低压气体大气中的光吸收造成的。

通过研究光谱,天文学家可以发现许多关于恒星的信息,最重要的是恒星中发现的化学元素。“记录物质吸收的电磁辐射波长(或频率);每种纯物质的吸收光谱都是独特的。”

大多数恒星都表现出吸收线光谱,但一些罕见的恒星显示出发射线。沃尔夫-拉叶星具有发射光谱,是由热恒星发出的紫外线(UV)辐射通过低压气体产生的。某些星云或气体云也表现出发射线。光谱线在非可见光(如紫外线和微波)中也是可探测的。

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