분광학이란?

분광학이란?

분광학

분광학은 천문학에서 가장 중요한 분야 중 하나입니다. 분광학은 물체가 방출하는 빛을 조사하여 물체의 구성을 연구하는 것입니다. 퀘이사가 방출하는 빛에는 별이 무엇으로 구성되어 있는지에 대한 정보가 포함되어 있습니다. 빛이 어떻게 그러한 정보를 담고 있는지 이해하려면 전자와 원자의 거동을 이해해야 합니다.

전자 수준

우리 대부분은 아마도 원자의 기본 모델에 익숙할 것입니다. 중심 핵은 양성자와 중성자를 포함하고 전자는 핵을 공전합니다. 그러나 보다 정확한 모델은 전자를 행성이 태양 주위를 공전하는 것과 유사한 방식으로 원자핵 주위를 도는 물체가 아니라 전자 구름으로 간주합니다. 전자는 핵 주위의 단일 경로를 따르지 않습니다. 대신 전자는 다른 에너지 준위로 존재합니다. 전자는 한 에너지 준위에서 다른 에너지 준위로 점프하거나 더 높은 에너지 준위로 이동하거나 더 낮은 에너지 준위로 떨어질 수 있습니다. 전자가 더 높은 에너지 준위로 이동하기 위해서는 광자라고 하는 빛 입자와 충돌해야 합니다. 광자가 전자에 부딪히면 전자는 광자와 그 에너지를 흡수하여 전자가 더 높은 에너지 준위로 점프하게 합니다. 더 낮은 에너지 준위로 내려가기 위해 전자는 동일한 광자를 우주로 방출합니다.

흥미롭게도 원자마다 전자 에너지 준위가 다릅니다. 예를 들어, 수소와 산소는 에너지 준위가 다릅니다. 원자 사이의 에너지 준위가 다르다는 것은 원자의 전자가 서로 다른 에너지를 가진 광자를 방출한다는 것을 의미합니다. 따라서 광자의 에너지를 기반으로 어떤 원자가 광자를 방출했는지 확인할 수 있습니다. 과학자들은 분광계라는 것을 사용하여 광선을 구성 색상으로 분리하고 해당 색상의 어두운 띠를 분석할 수 있습니다. 어두운 띠는 전자가 광자를 흡수하는 곳으로, 과학자들이 광자를 흡수하는 원자 유형을 결정할 수 있도록 합니다.

일부 물체의 구성을 볼 수 있나요?

별은 우주의 주요 광원이기 때문에 일반적으로 스펙트럼에는 어떤 방식으로든 별빛이 포함됩니다. 별이 빛을 발산할 때 그 빛은 별의 대기를 통과해야 합니다. 대기의 원자는 별에서 광자를 흡수하고 방출하여 천문학자들이 그 구성을 결정할 수 있도록 합니다. 또한 특정 유형의 성운은 자체적으로 빛을 발산하므로 과학자들이 성운의 구성을 결정할 수 있습니다. 아마도 분광학의 더 흥미로운 응용 분야 중 하나는 행성 대기의 분석일 것입니다. 행성이 별 앞을 지나갈 때 그 별에서 나오는 빛은 행성의 대기를 통과해야 합니다. 별의 광자는 우주로 방출되기 전에 행성 대기의 원자에 흡수됩니다. 여기 지구에서 우리는 분광계로 이러한 광자를 포착하고 행성 대기의 구성을 결정할 수 있습니다. 이 기술이 발전함에 따라 우리는 곧 다른 행성의 대기에서 생명의 징후를 감지할 수 있게 될 것입니다.