Színképelemzés (Spectroscopy)

Színképelemzés

Az izzó szilárd anyagok fényt bocsátanak ki. Ezeknek a színeknek a színképe folytonos, nem úgy, mit a gázoknál és gőzöknél.

A színképelemzés vagy spektrumanalízis az összetevőire bontott elektromágneses sugárzás, a színkép vizsgálatát jelenti. A színképelemzéssel foglalkozó tudományágat spektroszkópiának nevezzük.

A csillagok atmoszférájának az összetételére és a fizikai állapotára vonatkozó ismereteinket a csillagászati színképelemzés eredményei tették lehetővé. (Az általános értelemben vett színképelemzéshez lásd: Spektroszkópia.) A csillagászati színképelemzés során megvizsgálják az egyes hullámhossz-tartományok intenzitását, erősségét ill. fényességét, továbbá az ún. Fraunhofer-vonalak helyzetét és szélességét. Ez utóbbiakat a földi anyagok színképelemzési eredményeivel összehasonlítva bizonyos elemeknek és vegyületeknek a csillag légkörében való előfordulására következtethetünk. A fényintenzitás folytonos színképbeli eloszlása a hőmérséklettől és az anyagi összetételtől függ, így ebből meghatározható a csillagok egyik legfontosabb tulajdonsága, a felszíni hőmérséklet. A színképvonalak Doppler-eltolódásának vizsgálatával információt nyerhetünk a csillag látóirányú (radiális) sebességéről, majd ebből közvetve - kettős vagy többesrendszer esetén - a rendszer tagjainak tömegére és egyéb fizikai tulajdonságaira következtethetünk.

**A Fraunhofer által megfigyelt spektrumvonalak közül a legjelentősebbek (köztük a híres Na-dublett)**
Fraunhofer- jelölés	Hullámhossz (nm)	A vonal kémiai eredete	Ekvivalens szélesség (pm)
A	759,370	atmoszférikus O₂	-
B	686,719	atmoszférikus O₂	-
C	656,281	hidrogén alfa (H_α)	402,0
D1	589,592	semleges nátrium (Na I)	56,4
D2	588,995	semleges nátrium (Na I)	75,2
E	527,039	semleges vas (Fe I)
F	486,134	hidrogén béta (H_β)	368,0
G	431,42	CH molekula
H	396,847	ionizált kalcium (Ca II)	1546,7
K	393,368	ionizált kalcium (Ca II)	2025,3
L	382,044	vas
N	358,121	vas
P	336,112	ionizált titán
T	302,108	vas

A spektroszkópia tudományág kialakulása Newton 1666-os kísérletére vezethető vissza, amikor napszínképet állított elő prizma segítségével. Felfedezéséről és észrevételeiről az 1704-ben megjelent Optika című művében írt, ahol tisztázta a színek természetét, és az ún. törésmutató hullámhossztól való függését. A XVIII. század elején többen (Descartes, Hook, Herschel) is elvégezték ugyanezt a kísérletet. A jelenség behatóbb tanulmányozásához Wollaston (1766-1828) rést is alkalmazott a kísérleteinél, s első ízben felfedezte a napszínkép abszorpciós (elnyelési) vonalait. Szám szerint 7 spektrumvonalat figyelt meg - köztük a Na-dublettet -, jelentőségüket azonban nem ismerte fel. Ezt egy német optikus, Fraunhofer (1787-1826) tette meg, aki - távcsőhöz csatolva diszperzív optikai elemet - a Nap spektrumában mintegy 600, mai néven Fraunhofer-vonalat talált; melyek közül 350-nek a pontos pozícióját is meghatározta, kiszámítva az általuk letakart színek törésmutatóját. Ezzel 1814-ben megszületett a csillagászati spektroszkópia.

Fraunhofer felfedezésével egy időben, 1823-ban, W. H. Fox Talbot és John Herschel (William Herschel fia) különféle elemekkel festett lángok színképét vizsgálták, és utaltak rá, hogy ez alapján kémiai analízis végezhető. Brewster 1832-ben felfedezte, hogy a Fraunhofer-féle vonalak földi fényforrással is előállíthatók. A salétromsav gőzén átbocsátott napfény színképében mintegy 2000 vonalat számlált meg. Azt is megfigyelte, hogy a vonalak száma nő, ha növeljük a gázréteg vastagságát, sűrűségét vagy hőmérsékletét. E kísérletei nyomán Brewster úgy gondolta, hogy a Nap fehér fényéből a Föld légköre szűr ki bizonyos színeket, és ezek helyén észleljük a Fraunhofer-féle vonalakat. 1849-ben Foucault különféle eredetű színképek vizsgálatával szintén egy alapvető felismerésre jutott: a spektrum abszorpciós vagy emissziós volta attól függ, hogy a fény közvetlenül a fényforrásból érkezik hozzánk, vagy a fényforrást elhagyva egy adott anyagon haladt át. 1859-ben Foucault, és Bunsen (1811-1899) eredményeit felhasználva Kirchhoff (1824-1887) felállította a klasszikus spektrumanalízis 3 alaptörvényét: