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スペクトルとは何か

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スペクトルとは何か

スペクトルとは何でしょうか?

一般に光のスペクトルとは、光をその成分に分けたものです、といってもよくイメージできませんね。
たとえで考えてみましょう。

野菜ジュースを考えてみます。   

その成分は、トマトニンジンホウレンソウ、ダイコンバジルピーマン とします。

            

食品会社A・B・C の各社の野菜ジュースは、入っている野菜の種類は同じです。
それらのジュースの見た目はそっくりですが味は少し違います。

これらをグラフにしてみると次のようになります。

このように、混ぜられている野菜を、それぞれの成分に分けて分析したのが、このジュースの「スペクトル」です。

光も同じように、いろいろな色の光が混ざった状態なのですが、分光器を使って、光をその成分ごとに分けたのが光のスペクトルです。

いろいろに見える光も分けてみれば、次の写真のようにその成分に分けることができます。


http://member.tokoha-u.ac.jp/~kuninaka/renewal/spectrum.htm

これが光のスペクトルというわけです。
太陽光や電灯の光も、詳しく見ればいろいろな光が混ざっていることがわかりますね。

これらの光のスペクトルのうち、ナトリウムや水銀・水素などに見られるように、鋭い線からできているスペクトルと、電灯に見られるように連続しているスペクトルがあります。

前者を(輝)線スペクトル、後者を連続スペクトルと呼びます。

スペクトルの謎です。

  • スペクトルがなぜこのように、いつも規則正しく観測されるのか?
  • その隠された物理学的な意味は何か?

現代物理学は1900年代に花開くことになるのですが、その立役者の一人がニールス・ボーア(デンマーク 1885-1962)です。

ボーアは水素原子の放つ輝線スペクトルの謎を解き、水素の原子構造の理論を打ち立てます。

このボーア理論については、別記事で詳しくふれる予定です。

フラウンホーファー線

そのほか、太陽スペクトルは連続しているように見えますが、よく見るとおびただしい数の暗線が入っていることがわかります。

この暗線を「フラウンホーファー線」と呼んでいます。

太陽から発せられた光は本来、連続スペクトルなのですが、太陽や地球の大気中の不純物により、特定のスペクトルが吸収され、それらが暗線となって見えます。

nl:Gebruiker:MaureenV – original uploaded in dutch wp by nl:Gebruiker:MaureenV (26 Jan 2005), パブリック・ドメイン, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=212467による

これを吸収スペクトルといいます。

この吸収スペクトルを観測することで、太陽や地球大気の成分を知ることができるのです。

よって、遠くの天体からやってくる光を観測することで、その天体の組成を知ることができます。
さらに、光のドップラー効果を調べることで、天体の運動の速さをも知ることができるのです。

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