Astronautiniai spektrai

THIS IMAGE REPLACES # 03495 flux spectrum made by dr. nigel sharp and further density corrections and labeling by mark hanna. technical questions about the spectrum should be directed to dr. sharp This picture compares the spectra of different classifications of star, in the visual range from 400 to 700 nanometers (4000 to 7000 Angstroms). Thirteen regular types are shown, and at the bottom are three special cases, all selected from the spectrophotometric atlas by Jacoby, Hunter and Christian, 1984, which used data from the Kitt Peak National Observatory's 0.9-meter telescope. From top to bottom, the stars and their type are: HD12993, O6.5; HD158659, B0; HD30584, B6; HD116608, A1; HD9547, A5; HD10032, F0; BD 61 0367, F5; HD28099, G0; HD70178, G5; HD23524, K0; SAO76803, K5; HD260655, M0; and YALE 1755, M5. The three special cases are HD94028, an F4 type but especially metal poor, SAO81292, an M4.5 with emission lines, and HD13256, a B1 with emission lines.

Dauguma Visatos tyrimų ir matavimų vykdomi spektroskopijos metodais. Visi kūnai skleidžia elektromagnetines spinduliuotes, ypač įkaitę nuo chaotiško atomų ir molekulių judėjimo. Spektrinė analizė pagal objektų spektrus teikia galimybių įvertinti dujų, skysčių, plazmų, kietųjų medžiagų sudėtis, greičius, energijas ir kt savybes.

Spektras (lot. spectrum – vaizdas) – objekto spinduliuotės skirstinys, kuriame būna tūkstančiai įvairaus tamsio sugerties linijų, atitinkančių konkrečius cheminius elementus.

Pirmą kartą šviesą prizme išskaidė ir „spektro“ sąvoką pasiūlė 1671 m. I.Niutonas, pirmasis šviesos difrakciją „atrado“ italų fizikas ir astronomas F.Grimaldi 1965 m., o 1859 m. G.Kirchhofas ir R.Bunzenas atskleidė esmę – kiekvienas cheminis elementas turi originalų spektrą (analogiškai – ir dangaus kūnai). Pagal spektro išvaizdą (linijų formas, tamsius, ekvivalentinius pločius) įvertinami temperatūra, slėgis, energija ir pan. Pagal linijų profilius – objektų ašinio sukimosi greičiai ir kt. 1896 m. P.Zeeman atrado linijų skaidymąsi į papildomas komponentes magnetiniame lauke (atomų analizei) ir 1913 m. I.Stark – elektriniame lauke (molekulių analizei).

Ištisinis_Emisinis_Absorbcinis_Spektrai Spektrai Natrio_Cezio_Spektrai_Absorbciniai Spektrai_RūšysSpektroskopijos rūšys: difrakcinė, kai spektras išgaunamas difrakcine gardele (1-300 rėžių milimetre infraraudonajai spinduliuotei, 600-1200 rėžių milimetre regimajai spinduliuotei ir 1200-3600 rėžių milimetre ultravioletinei spinduliuotei), prizminė (per stiklinę prizmę), interferencinė, fotoelektroninė, lazerinė, vakuuminė.

Spektrograma – spinduliuotės spektro dokumentas, vaizduojantis matuojamųjų dydžių priklausomybes nuo fotonų energijos, bangų parametrų ir pan.

Spektrofotometras – profesionalus prietaisas, matuojantis švytinčią arba atspindėtą šviesos srauto energiją daugelyje dažnių visame šviesos spektre.

SpektrofotometrasSpektrofotometro sandara:
šviesos srauto anga (dažniausiai būna keičiamo dydžio, priklausomai nuo tiriamo objekto);
šviesos kondensorius (sukuriantis kryptingą šviesos srautą);
difrakcinė gardelė (suskaidanti šviesos srautą į visas vaivorykštės spalvas); 
fokusuojanti sistema (sufokusuojanti šviesos srautą į sensorių); 
jutiklis (CCD jutiklis – krūvio sąsajos įtaisas).

Astronautiniai tyrikliai ginkluojami sudėtingiausiais alfa protoniniais rentgeno fluorescenciniais spektrografais APXS (Alfa Particle X-ray Spectrometer), iš izotopinio šaltinio paveikiančiais objektus taip, kad pradėtų skleisti rentgeno spinduliuotę. 

APXCchannelAPXC 434704_originalAPXS spektrografas

Pradedant „Sojourner“ beveik visi astro važiuokliai turi analogiškus prietaisus. „Curiosity“ lazeriniu ChemCam Marse aptiko boro ir mineralų tridimito (kvarco polimerinės atmainos) bei hematito, galimai liudijančių buvus vandens ir organizmų.

Teleskopai Hablas ir Spiceris analizavo atrastųjų egzoplanetų spektrus, pvz už 63 šviesmečių esančios 189733b, įvertinant taip tolimos planetos matmenis, masę, atmosferos temperatūrą ir tankį.

This image shows a diagram of the STIS, a spectrograph with a camera mode, installed on the Hubble Space Telescope. It operated continuously from 1997 to 2004, when a power failure rendered it inoperable. The instrument was successfully repaired in 2009 during Servicing Mission 4 and science operations have now been resumed. STIS prietaisas

Fireworks near galaxy NGC 4151 (STIS optical) Galaktikos vaizdas, gautas STIS prietaisu 

Hable pabuvojo net du spektriniai prietaisai: iš pradžių 318 kg masės STIS (Space Telescope Image Spectroscope), dirbęs nuo 115 iki 1000 nanometrų bangų diapazone ir teikęs duomenų apie NGC4151 galaktikos juodąją skylę.

This is a diagram of the NICMOS instrument. STIS_1996Star clusters near the center of the galaxy4 milijonų metų senumo žvaigždžių sankaupa stebėta NICMOS prietaisu

Hubble_Unveils_a_Galaxy_in_Living_Color_(5277460743)NICMOS prietaisas gaudavo vaizdus infraraudonajame diapazone

Nuo 1997 m. 370 kg NICMOS (Neutron Infrared Camera and Multi- Object Spectroscope), dirbęs nuo 800 iki 2500 nanometrų bangų diapazone, stebėjęs Egg Nebula CRL2688 ir daug kitų objektų.

Pagal erdvėlaivio Mars Odyssey neutroninio spektrometro duomenis 2017 m. sudarytas vandens ir ledo pasiskirstymo marsalapis.

Baigiant Kasinio misiją, jo vaizdiklinis plazmos spektrometras CAPS tyrė Titano 950-1200 km storio atmosferą, aptiko anglies anionų ir organinių molekulių bei atrado sunkių neigiamų jonų, sklindančių maždaug 9 t/d debitu į kosminę erdvę. Dar aptiko vandenilio Encelado išmetaluose, patenkančiuose ir į Saturno žiedus.

Astronominių ir astronautinių tyrimų integralumą iliustruoja Barnardo žvaigždės istorija. Ją 1916 m. atrado E.Barnardas, nuo 1888 m. fotografavęs per įvairius JAV teleskopus (pvz o0,91×17 m didumo ir 40 t masės). To meto foto medžiagos buvo menko jautrio, tad eksponavimas trukdavo 4-5 valandas. Lygindamas įvairių metų nuotraukas, Barnardas įvertino žvaigždę esant už 6 šviesmečių ir judant net 10,3“/metus greičiu. Šiuolaikiško matavimo pagal spektro linijų perstūmą rezultatas -143 km/s (Barnardo žvaigždė yra bene greičiausia, nes kitos juda 20-50 km/s). Ji – mažesnė ir vėsesnė už Saulę ( 7 kartus pagal masę, 3134 K temperatūros). Jau tada prieš 100 metų pradėta ieškoti panašių į Žemę gyvenamų planetų būtent Barnardo žvaigždės aplinkoj. Astronomas P. Van de Kamp iki 1963 m. sukaupė per 2,5 tūkst foto plokštelių, kurias tyrė pagal žvaigždės judėjimo nuokrypius ir įtarė esant bent dvi Barnardo planetas. Nuo 1999 m. šią paiešką tęsė Hablas, tačiau lig šiol jų neatrado. Dar 1973-77 m. planuota spec ekspedicija Daedalus neįvyko.

Džiugina KTU doktorantės Noros Šlekienės (vad. prof. V.Snitka) dalyvavimas EKA projekte „Kosmoso molekulinės taršos įvertinimas Ramano spektroskopijos metodu“ ir laimėta 32 tūkst eurų stažuotė. Ramano spektrometrija grindžiama lazeriu apšviestų molekulių virpesiais, o naujausi epr-SRS (electronic pre-rezonance Stimulated Raman Scatering) prietaisai tinka ir ypač mažiems (keliasdešimties molekulių) objektams tirti.

Patys naujausi <3 kg UCIS (Ultra Compact Imaging Spectrometer), AVIRIS (Airborne Visible..) bei PRISM (Portable Remote..) yra pritaikyti lėktukams CubeSat.

Dar džiugiau – Nobelio-2017 fizikos premijos paskyrimas už gravitacinių bangų egzistavimo eksperimentinį patvirtinimą 2015 metais (žr. mūsų str „Gravitacinės bangos – trikdžiai?“). Tikėtina, Nobeliais greitai bus įvertinti ir kiti astronautiniai atradimai.

Autorius Aleksandras Loginovas


Parašykite komentarą

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *