Transcript Γραμμικά φάσματα απορρόφησης των άστρων και ταξινόμησή τους

Εργαστήριο του μαθήματος
«Εισαγωγή στην Αστροφυσική»
Γραμμικά φάσματα
απορρόφησης των αστέρων
και ταξινόμησή τους
Φάσματα
Φάσμα εκπομπής: ενεργειακή κατανομή της
ακτινοβολίας που εκπέμπεται από μια φωτεινή πηγή.
Κατανομή της ισχύος ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας
στα διάφορα μήκη κύματος ή συχνότητες.
Εικόνα του φάσματος: η έγχρωμη ταινία που βλέπουμε
μέσω φασματοσκοπίου και προκύπτει από την ανάλυση
του φωτός.
Φάσματα
Φάσματα
Εκπομπής
Συνεχή
φάσματα
εκπομπής
Ταινιωτά
φάσματα
εκπομπής
Γραμμικά
φάσματα
εκπομπής
Φάσματα
απορρόφησης
Συνεχή
φάσματα
απορρόφησης
Γραμμικά
φάσματα
απορρόφησης
Ταινιωτά
φάσματα
απορρόφησης
Φάσματα εκπομπής
Δημιουργούνται από διάπυρα υλικά
που εκπέμπουν ακτινοβολία. Το φως
που εκπέμπεται από το υλικό φτάνει
στη σχισμή του φασματογράφου και
αναλύεται σε αυτόν για να καταγραφεί
το φάσμα.
Συνεχές φάσμα εκπομπής
Συνεχής ταινία που δεν διακόπτεται από σκοτεινές
περιοχές. Προέρχονται από στερεά και υγρά σώματα σε
διάπυρη κατάσταση. Επειδή στερεά και υγρά αποτελούνται
από πολλά άτομα με πολλές στάθμες ενέργειας που
βρίσκονται πολύ κοντά μεταξύ τους, οι ζώνες είναι πρακτικά
συνεχείς.
Γραμμικό φάσμα εκπομπής
Μεμονωμένες φωτεινές γραμμές σε σκοτεινό υπόβαθρο
με απολύτως καθορισμένες συχνότητες για το είδος της
ύλης που εκπέμπει. Δημιουργούνται από τα άτομα αερίων
ή ατμών όταν διεγερθούν κατάλληλα. Έχουν τη μορφή
αυτή επειδή τα διάφορα άτομα αερίων εκπέμπουν
ορισμένες μόνο συχνότητες όταν διεγερθούν (δεύτερη
συνθήκη Bohr).
Φάσμα συνεχές, γραμμικό
(εκπομπής και απορρόφησης)
Φάσμα εκπομπής και απορρόφησης του υδρογόνου
Ταινιωτό φάσμα εκπομπής
Φωτεινές ταινίες σε σκοτεινό υπόβαθρο. Δημιουργούνται
από μόρια αερίων (Ο2, Ν2) ή ατμούς χημικών ενώσεων
(SO2, CO2).
Φάσματα απορρόφησης
Δημιουργούνται όταν μεταξύ μιας
πηγής λευκού φωτός και της σχισμής
του φασματογράφου υπάρχει ένα σώμα
διαφανές το οποίο απορροφά μόνο σε
ορισμένες ακτινοβολίες, οπότε
εμφανίζονται σκοτεινές γραμμές σε
φωτεινό υπόβαθρο.
Συνεχές φάσμα απορρόφησης
Συνεχής ταινία που διακόπτεται από σκοτεινές περιοχές.
Προέρχονται από διαφανή στερεά και υγρά σώματα και
έγχρωμα διαφανή αέρια.
Γραμμικό φάσμα απορρόφησης
Συνεχές φάσμα εκπομπής στο οποίο υπάρχουν σκοτεινές
γραμμές ακριβώς στα μήκη κύματος τα οποία έχουν
απορροφηθεί από το αέριο ή τον ατμό που έχει
παρεμβληθεί. Είναι χαρακτηριστικό του είδους των
ατόμων του αερίου ή ατμού που απορροφά.
Ταινιωτό φάσμα απορρόφησης
Σκοτεινές ταινίες στο υπόβαθρο του συνεχούς φάσματος
εκπομπής του λευκού φωτός. Οι ταινίες είναι σύνολο
σκοτεινών γραμμών που βρίσκονται πολύ κοντά η μια
στην άλλη. Το φάσμα αυτό δημιουργείται όταν μεταξύ της
πηγής λευκού φωτός και του φασματογράφου
παρεμβάλλονται διατομικά ή τριατομικά μόρια ή ατμοί και
μοριακά διαλύματα υγρών ή στερεών.
Αστρικά φάσματα
Η ενεργειακή κατανομή που φτάνει σ’ εμάς από
τα άστρα είναι το αστρικό φάσμα.
Στον πυρήνα του αστέρα παράγεται ενέργεια με
θερμοπυρηνικές αντιδράσεις. Η ακτινοβολία που
φτάνει σ’ εμάς περνά διαδοχικά από τα διάφορα
στρώματα της ατμόσφαιρας του αστέρα και
κατόπιν από το μεσοαστρικό χώρο. Η φασματική
ανάλυση αυτής της ακτινοβολίας θα μας δώσει
πληροφορίες για τη σύσταση του αστέρα και του
μεσοαστρικού χώρου.
Φάσμα των Υάδων
Εξέλιξη Αστέρων
Διαγράμματα Hertzsprung-Russel
Εξέλιξη ενός αστέρα: τα διαδοχικά στάδια από τη στιγμή που αρχίζει η
παραγωγή ενέργειας με θερμοπυρηνικές αντιδράσεις μέχρι αυτές να
σταματήσουν οριστικά.
Το διάγραμμα H-R παρουσιάζει αυτή την εξέλιξη. Πρόκειται για
διάγραμμα Απολύτου Μεγέθους ή Απόλυτης Λαμπρότητας συναρτήσει
του Φασματικού Τύπου ή της Θερμοκρασίας.
Η θέση ενός αστέρα στο διάγραμμα H-R προσδιορίζει την εξελικτική
φάση στην οποία βρίσκεται. Στην κύρια ακολουθία ο αστέρας παράγει
ενέργεια με θερμοπυρηνικές αντιδράσεις, μετατρέποντας το υδρογόνο
του πυρήνα του σε ήλιο. Σε αυτή την φάση παραμένει για το 80% της
ζωής του.
H-R διάγραμμα
Φασματικοί τύποι και τάξεις
λαμπρότητας αστέρων
(Φασματική Ταξινόμηση MorganKeenan)
Ένταση γραμμών απορρόφησης συναρτήσει των
φασματικών τύπων
Σχέση φασματικού τύπου και ακτίνας
αστέρων
Από τα αστρικά φάσματα παίρνουμε τις
παρακάτω πληροφορίες:
• Από το συνεχές φάσμα:
Σύγκριση με την καμπύλη ενεργειακής κατανομής του
μέλανος σώματος δίνει την ενεργό θερμοκρασία Teff
του αστέρα.
• Από το γραμμικό φάσμα:
1. Από τις φασματικές γραμμές εκπομπής ή απορρόφησης
γίνεται χημική ανάλυση της αστρικής ατμόσφαιρας.
2. Από τη μετατόπιση των γραμμών ως προς το
εργαστηριακό μήκος κύματος προκύπτει η σχετική
ταχύτητα του αστέρα ως προς εμάς.
3. Από τη μορφή του προφίλ των φασματικών γραμμών
προκύπτουν στοιχεία για τις κινήσεις στην αστρική
ατμόσφαιρα (ταχύτητα μπλε πτέρυγας), για την
περιστροφή του αστέρα (εύρος της γραμμής) και το
ποσοστό αφθονίας του στοιχείου που παράγει τη γραμμή
(ένταση της γραμμής).
Φασματικοί τύποι αστέρων
Oh Be A Fine Girl Kiss Me
The stars in the sky when you look up at night
Appear at first glance to be pinpoints of light.
But study them closely. They're not all alike.
Oh, be a fine girl, kiss me.
The hot stars are blue and the cool ones are red.
Yes, color tells temperature; that's what I said.
Some stars are still living, and some are long dead.
Oh, be a fine girl, kiss me.
The hottest blue stars we consider Type O.
The cool ones are M Class. Confusing, I know.
The system was standardized quite long ago.
Oh, be a fine girl, kiss me.
Look up in the daytime, and what do you see?
Our warm yellow Sun, which we know is Class G.
A star like the others, but special to me...
Oh, be a fine girl, kiss me.