Nødvendig, men enkel fysikk.

Ethvert atom har ett eller flere elektroner som kan være i en rekke helt bestemte og klart definerte energinivåer. For å endre energinivå må atomet enten fange opp (absorbere) eller sende ut (emittere) en energimengde som akkurat tilsvarer forskjellen mellom to slike energinivåer. Et atom sies å være i sitt grunnivå dersom alle elektronene er i sine respektive laveste energinivåer. Et atom som er i et høyere energinivå enn sitt grunnivå sies å være eksittert.

Atomer kan eksitteres når de bestråles med lys som har akkurat den energien som tilsvarer endringer mellom deres energinivåer. De faller imidlertid tilbake til sitt grunnivå igjen i løpet av brøkdelen av et sekund, men da ofte via flere mellomliggende energinivåer. Det sendes ut en energipakke (lysglimt/foton) hver gang en slik overgang skjer. Fotonets energi tilsvarer forskjellen mellom energinivåene, og dets farge bestemmes entydig av dette siden det er en entydig sammenheng mellom fotonets energi og farge. Rødt (langbølget) lys har lavere energi enn blått (kortbølget) lys som igjen har lavere energi enn ultrafiolett lys osv.

Alle typer atomer (f.eks. oksygen) har et helt unikt sett med energinivåer, og derfor også energioverganger. Hver av disse energiovergangene tilsvarer en helt bestemt farge.

Hemmeligheten bak linjespekteret avsløres.

La oss nå tenke oss at vi har en lyskilde som sender ut lys med like mye av alle synlige bølgelengder (farger). Vi får et kontiuerlig spektrum som av en regnbue dersom vi sender dette lyset gjennom et prisme. Hva skjer så hvis vi plassere en gass bestående kun av oksygenatomer mellom oss og lysskilden ?

Oksygenatomene vil da absorbere en stor andel av de fotonene (lyset) som akkurat tilsvarer oksygenatomets energinivåer, og så enten sende energien ut igjen som flere (rødere) fotoner eller med samme farge. De (re)emitterte fotonene vil imidlertid sendes ut i en tilfeldig retning ! Kun en forsvinnende liten andel av dem vil derfor sendes mot oss. Nettoeffekten blir at gassen fjerner mesteparten av lyset med akkurat de fargene som tilsvarer overganger mellom energinivåene i oksygenatomet. Det vil derfor bli tynne, mørke linjer i spekteret som klart avslører at gassen består av oksygen.

Hva kan vi bruke dette til innen astronomien ?

Stjerner er så varme på overflaten at de sender ut lys med alle synlige farger, og gjerne også langt inn i det ultrafiolette området. Mye av lyset kommer fra litt nede i dens gradvis tettere atmosfære. Vi har altså en enorm lyskilde med lys av alle bølgelengder som går gjennom gassen i stjernens atmosfære på vei mot oss. Da skjer akkurat det samme som ovenfor, nemlig at gassen absorberer akkurat de fargene som tilsvarer overgangen mellom sine energinivåer, og sender de stort sett ut igjen i en annen retning eller med en rødere farge.

Siden hvert atom har sitt unike fingeravtrykk i linjespektert, så kan vi ute fra dette finne ut eksakt hvor mye vi har av ulike atomer i stjernes atmosfære.Vi avslører stjerneatmosfærens kjemiske sammensetning.

Vi kan på samme måte avsløre den kjemiske sammensetningen av store gasskyer som ligger mellom oss og en ikke altfor svak stjerne.

Vi kan også avsløre et himmellegemes hastighet relativt til jorda ved å analysere linjespekteret. Lys forplanter seg jo på samme prinsippielle måte som bølger på havet. Det har bølgenatur. Jo lengre bølgelengde, desto rødere blir lyset. I praksis betyr det at det tar lengre tid mellom hver gang en bølgetopp passerer oss når lyset er rødt enn når det er f.eks. blått. Men hva skjer dersom en lyskilde som sender ut blått lys beveger seg fort vekk fra oss ?

Jo da blir det lengre mellom bølgetoppene enn om objektet stod i ro i forhold til oss, og lyset forskyver seg mot den røde delen av spekteret. Og det samme vil absorpsjonslinjene fra f.eks. oksygenatomene i stjernens atmosfære gjøre. Det er dette vi kaller rødforskyvning. Vi finner altså fremdeles igjen fingeravtrykket fra oksygen, hydrogen, helium etc. som mørke linjer i spekteret, men på "feil" sted. Vi kan så beregne stjernens hastighet i forhold til jorda ved å måle hvor langt mot rødt absorpsjonslinjene er forskjøvet.

______________________________

Sist oppdatert : 07. mai 1999