Peruskäsitteitä
Sähkömagneettinen säteily
|
|
|
Sähkömagneettisen säteilyn taajuusalueet |
Valo, radioaallot, röntgensäteet ja ultraviolettisäteily ovat kaikki sähkömagneettista säteilyä. Säteilyn taajuus/aallonpituus määrää sen ominaisuudet. Mitä suurempi taajuus eli pienempi aallonpituus, sen enemmän energiaa säteily pitää sisällään. Tämän takia mm. ultravioletti- ja röntgensäteily ovat vaarallisia, niillä on energiaa rikkoa esim. kromosomien rakenteita.
Eri taajuuksien tutkimista varten on erilaisia havaintovälineitä: optisilla teleskoopeilla tutkitaan optista ja infrapunataajuusaluetta, radioteleskoopeilla radiotaajuuksia, röntgenkaukoputkilla korkeataajuista röntgensäteilyä ja gammateleskoopeilla korkeaenergista gammasäteilyä. Koska ilmakehä vaimentaa erittäin voimakkaasti mm. gamma-, röntgen- ja ultraviolettisäteitä, havaintovälineet on vietävä avaruuteen. Tämä on ollut mahdollista vasta parikymmentä vuotta ja siksi näiden taajuusalueiden tutkiminen on lapsenkengissä verrattuna optiseen tähtitieteeseen.
Spektri
Lyhyesti sanottuna spektri tarkoittaa energiavuon tiheyttä eri taajuuksilla.
Kohteen, olipa se sitten tähti tai kvasaari, spektri koostuu kahdesta osasta.
Kontinuumi- eli monitaajuusspektri saadaan, kun kohdetta tutkitaan mahdollisimman
monella taajuudella yhtä aikaa, jotta nähtäisiin, kuinka paljon energiaa
eri taajuusalueilla syntyy. Tästä pyritään
päättelemään, millä tavalla säteily näillä
alueilla syntyy.
Eri aineilla on omat absorptiotaajuutensa, ts. ne vaimentavat tietyn taajuista säteilyä tietyllä tavalla. Tämä aiheuttaa monitaajuusspektriin kapeita absorptioviivoja taajuuksille, jotka vaimenevat. Vastaavasti taajuuksilla, joilla aineet säteilevät, esiintyy emissioviivoja. Viivojen muodostamista spektrikuvioista pystytään tämän vuoksi päättelemään, mitä alkuaineita tai molekyylejä havaitussa kohteessa on.
Punasiirtymä
Tutkiessaan kaukaisten kohteiden optisen alueen spektriviivoja, tutkijat huomasivat spektrikuvioiden siirtyneen pois normaalilta paikaltaan matalampaa taajuutta kohti. Maailmankaikkeus laajenee ja mitä kauempana kohde on, sitä suuremmalla nopeudella se liikkuu meistä poispäin. Tällöin meille saapuvan säteilyn taajuus laskee hieman. Tämä näkyy spektriviivojen siirtymisenä matalammille taajuuksille. Dopplerin ilmiöksi kutsuttu tapahtuma on tuttu arkielämästä; lähestyvän ambulanssin sireenin ääni tuntuu kohoavan korkeammalle (sinisiirtymä) ja etääntyessään ääni laskee (punasiirtymä).