КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Эффект Доплера, Зеемана и Штарка
Химический состав небесных тел определяется на основании сравнения наблюдаемых спектров со спектрами известных химических элементов, полученных в лабораторных условиях. Измеряя и сравнивая энергию, излученную или поглощенную в отдельных спектральных линиях, можно провести не только качественный, но и количественный химический анализ небесных тел, т. е. узнать о процентном содержании различных химических элементов в излучающем газе. Разработаны и методы, позволяющие по относительной яркости линий в спектре судить о температуре и плотности газа. Температура - очень важная характеристика состояния вещества, от которой зависят основные его физические свойства. Ее определение - одна из труднейших астрофизических задач. Это связано как со сложностью существующих методов определения температуры, так и с принципиальной неточностью некоторых из них. Температура небесных тел, имеющих непрерывный спектр, может быть измерена по распределению энергии (яркости) в спектре. От распределения энергии в спектре зависит цвет источника. Поэтому цвет оказывается связанным с температурой. Так, по цвету расплавленного металла сталевар определяет температуру плавки, а по цвету звезд астроном узнает их температуру. Распределение энергии в непрерывном спектре тел различной температуры графически показано на рисунке Длина волны которой соответствует максимум в распределении энергии, связана с абсолютной температурой простым соотношением:b=2900К мкм законом смещения Вина с увеличением температуры абсолютно черного тела максимум его излучения смещается в коротковолновую область спектра. Рис. Распределение энергии в спектре Солнца (жирная линия) и планковские кривые.
Излучение с поверхности звезд близко по своим спектральным характеристикам к излучению абсолютно черного тела, поэтому законы излучения абсолютно черного тела сыграли важную роль в изучении природы звезд. Закон Стефана – Больцмана. Количество энергии, излучаемой абсолютно черным телом с единицы поверхности в единицу времени, пропорционально четвертой степени его абсолютной температуры: e = s T4 где s = 5,67 10-8 Вт/м2 * град4. Если из наблюдений найдено e, то по формуле определяется эффективная температура звезда. Формула Планка дает распределение по частоте интенсивности излучения абсолютно черного тела в зависимости от температуры T: B(n, T) = (2hn3/с2) где h = 6,63 10-34 Дж/Гц – постоянная Планка. При низких частотах (hn<<kT) формула Планка переходит в формулу Рэлея – Джинса: B(nT) = 2kTn2 / c2 Закон Стефана – Больцмана получается интегрированием функции Планка по всем частотам и по всем направлениям. Сопоставляя распределение энергии в некотором участке спектра звезды с планковскими кривыми, находят цветовую температуру. Цветовой температурой звезды называется температура такого абсолютно черного тела, у которого относительное распределение энергии в некотором участке спектра такое же, как и у звезды. В астрофизике используется также понятие яркостной температуры. Яркостной температурой принято называть температуру такого черного тела, которое в заданной частоте (длине волны) излучает с единицы поверхности такое же количество энергии, как и данное тело
Если волна излучается движущимся источником, то ее длина изменяется. С этим явлением мы часто сталкиваемся в акустике. Известно, что высота звука определяется длиной волны колебания: чем ниже звук, тем длина волны больше. Стоя на платформе мимо которой проносится гудящий локомотив, можно заметить, что, пока поезд приближался, звук гудка был более высоким, а когда стал удаляться, высота звука сразу упала. Аналогичное явление есть и в оптике: свет от приближающегося источника становится как бы синее (т. е. длина волны излучения уменьшается), а от удаляющегося - краснее. Это изменение длин волн сказывается на положении спектральных линий: они смещаются в синюю или красную сторону спектра. Такое явление называется эффектом Доплера.
Доплеровское изменение длины волны спектральных линий относится к длине волны излучения так же, как скорость приближения (или удаления) отн относится к скорости света с:=;= Здесь ист и лаб -длины волн спектральной линии в спектрах наблюдаемого и неподвижного (лабораторного) источника соответственно, отн - компонент относительной скорости источника вдоль луча зрения. (лучевая скорость). Как видно из этой формулы, относительное изменение длины волны излучения зависит только от скорости, а следовательно, одинаково для всех областей спектра. Поэтому в астрономии с помощью эффекта Доплера измеряют относительные скорости не только оптических источников но и радио и рентгеновских источников - по смещению спектральных линий в этих диапазонах длин волн (если линии присутствуют в спектре). Эффект Доплера используется также для анализа внутренних движений вещества в источнике света. Изучая спектр небесного тела, можно установить наличие у него магнитного и электрического поля. Известно, что если атом находится в однородном магнитном поле напряженностью Н, то излучаемая им спектральная линия с длиной волны l расщепляется на несколько компонент, в простейшем случае на линии l -Dl, l и l+ Dl. Это явление расщепления спектральных линий в магнитном поле называется эффектом Зеемана. По наблюдениям эффекта Зеемана удалось измерить магнитные поля на Солнце и у многих звезд. Эффект Штарка заключается в расщеплении и сдвиге уровней энергии атомов и молекул под действием электрического поля. В атмосферах звезд этот эффект возникает, в частности, при прохождении заряженных частиц мимо поглощающего (или излучающего) атома. Измерение обусловленного эффектом Штарка уширения спектральных линий позволяет оценить концентрацию заряженных частиц в атмосферах звезд.
Тема: СОЛНЦЕ
Дата добавления: 2013-12-12; Просмотров: 1075; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |