طیف

[Ehsan]

احتمالا همگی راجع به طیف ِ ستارگان و کهکشان ها و .... شنیدید و توی ِ متنهای ِ علمی این کلمه به گوشتون خورده و شکلهایی شبیه ِ شکل ِ پایین رو دیدید:

این تاپیک به این منظور ایجاد شده که راجع به طیف ِ نور ِ اجرام ِ نجومی (نه فقط طیف ِ ستارگان) و اطلاعاتی که می شه ازش کسب کرد بحث کنیم.

[erfan bayat]

واحد شار همون ژول بر ثانیه بر واحد سطحه و مشکلی نداره. اون درخشندگی یا توان تابشیه که واحدش ژول بر ثانیه است. شار برابر زیگما * 4^t هست که t دما جسم سیاه و زیگما ثابت استفان بولتزمان هستش.

[2215]

درسته ولی واحد آنگسترومی که توی مخرجه پس چیه؟
واحد ژول بر ثانیه بر واحد سطح بر آنگسترومه که برام مجهوله

واحد شار همون ژول بر ثانیه بر واحد سطحه و مشکلی نداره. اون درخشندگی یا توان تابشیه که واحدش ژول بر ثانیه است. شار برابر زیگما * 4^t هست که t دما جسم سیاه و زیگما ثابت استفان بولتزمان هستش.

[Ehsan]

درسته ولی واحد آنگسترومی که توی مخرجه پس چیه؟
واحد ژول بر ثانیه بر واحد سطح بر آنگسترومه که برام مجهوله

اون یعنی تعریفِ شدت بر حسبِ طولِ موج

شاری که شما می‌گید یعنی میزانِ انرژی که در واحدِ زمان بر واحدِ سطح میرسه، چگالی طیفی شار میشه همین چگالی شار اما اونهایی که بینِ طولِ موج l و l+dl به ما میرسه، مشخصا هر چی dl (دیفرانسیل طولِ موج) کمتر باشه انرژی که به ما میرسه کمتره (در حالتِ حدی وقتی dl=0 باشه هیچ انرژی به ما نمیرسه! چون میگیم انرژی که دقیقا تو این طولِ موج میرسه و این انرژی صفره) حالا برای این که شدت رو درست تعریف کنند این دیفرانسیل انرژی، dE رو تقسیم می‌کنند به دیفرانسیلِ طولِ موج و این میشه یه عددِ محدود که همون شدت هستش، در حالتِ کلی تعریفِ شدت میشه dE (جز انرژی) که در زمانِ dt به مساحتِ ds میرسه و طولِ موجش بینِ l و l+dl میشه، تقسیم بر همه ی این جز ها
یعنی شدت میشه:
I=dE/dt*ds*dl

که میشه انرژی تقسیم بر زمان تقسیم بر مساحت و تقسیم بر طولِ موج که اون آنگستروم از اینجا میاد. حالا برای به دست آوردنِ چگالی شارِ کل باید از شدت روی طولِ موج انتگرال بگیرید

[2215]

اون یعنی تعریفِ شدت بر حسبِ طولِ موج

شاری که شما می‌گید یعنی میزانِ انرژی که در واحدِ زمان بر واحدِ سطح میرسه، چگالی طیفی شار میشه همین چگالی شار اما اونهایی که بینِ طولِ موج l و l+dl به ما میرسه، مشخصا هر چی dl (دیفرانسیل طولِ موج) کمتر باشه انرژی که به ما میرسه کمتره (در حالتِ حدی وقتی dl=0 باشه هیچ انرژی به ما نمیرسه! چون میگیم انرژی که دقیقا تو این طولِ موج میرسه و این انرژی صفره) حالا برای این که شدت رو درست تعریف کنند این دیفرانسیل انرژی، dE رو تقسیم می‌کنند به دیفرانسیلِ طولِ موج و این میشه یه عددِ محدود که همون شدت هستش، در حالتِ کلی تعریفِ شدت میشه dE (جز انرژی) که در زمانِ dt به مساحتِ ds میرسه و طولِ موجش بینِ l و l+dl میشه، تقسیم بر همه ی این جز ها
یعنی شدت میشه:
I=dE/dt*ds*dl

که میشه انرژی تقسیم بر زمان تقسیم بر مساحت و تقسیم بر طولِ موج که اون آنگستروم از اینجا میاد. حالا برای به دست آوردنِ چگالی شارِ کل باید از شدت روی طولِ موج انتگرال بگیرید

سلام بر دوستان عزیز خودم
آقا احسان یه سوال دیگه داشتم. ممنونم که حوصله به خرج می دید.
یه چیز جالب که این مدت بهش برخوردم اینه که همه جا در نمودارها واحد erg/s*A*cm^2 .
این یک واحد در دستگاه استاندارد اس آی نیست. پس چرا همه جا از ان استفاده شده؟
به نظر میاد در محاسبات به جای واحد استاندارد از این واحد استفاده میشه. درسته؟
اگه این واحد رو بخواهیم به واحد استاندارد برگردانیم میشه j/s*cm^3 ؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟

[Ehsan]

سلام بر دوستان عزیز خودم
آقا احسان یه سوال دیگه داشتم. ممنونم که حوصله به خرج می دید.
یه چیز جالب که این مدت بهش برخوردم اینه که همه جا در نمودارها واحد erg/s*A*cm^2 .
این یک واحد در دستگاه استاندارد اس آی نیست. پس چرا همه جا از ان استفاده شده؟
به نظر میاد در محاسبات به جای واحد استاندارد از این واحد استفاده میشه. درسته؟
اگه این واحد رو بخواهیم به واحد استاندارد برگردانیم میشه j/s*cm^3 ؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟؟

بعضی واحدها برای بعضی کاربردها خیلی مناسب هستند، مثلا چرا توی هواشناسی هیچ کس دما رو با کلوین نشون نمیده همه میگن درجه ی سلسیوس؟! واضحه چون درجه ی سلسیوس خیلی ملموس‌تره، مثلا اگه بگن دما از 300 درجه ی کلوین شد 308 درجه ی کلوین، شما حسی نسبت بهش ندارین، ولی اگه بگن دما از 27 درجه شده 35 درجه میگین: اَ اَ اَ! چه قدر گرم؟!

این جا هم همینه، اِرگ بر ثانیه بر آنگستروم بر سانتی‌متر مربع به مراتب کاربردی‌تره و برای اخترفیزیک‌دانها حسِ معقولتری ایجاد می‌کنه، چون مساحتهای CCD از مرتبه ی سانتی‌متر مربع هستش، دقتِ طیفها از مرتبه ی آنگستروم هستش و انرژیهای دریافتی از مرتبه ی اِرگ و زمانِ بررسی از مرتبه ی ثانیه،پس این واحد خیلی اعدادِ ملموس‌تری میده تا استفاده از واحدهای استاندارد.

این نحوه ی کار هم خیلی رایجه، مثلا چرا پزشکان برای بیانِ حجمِ مایعات به جای متر مکعب از سی سی استفاده می‌کنند؟ چرا طلافروش ها از گِرَم صحبت می‌کنند؟ یا توی مهندسی الکترونیک جریانها به میلی‌آمپر بیان میشه ولی توی مهندسی قدرت جریانها ممکنه کیلو‌آمپر هم بیان بشه!

این کار توی اخترفیزیک خیلی رایجه فواصلِ منظومه ی شمسی با واحدِ نجومی، فواصلِ ستارگان با سالِ نوری، فواصلِ کهکشانی با مگا‌پارسک و..... در حالی که واحدِ استانداردِ طول متر هستش.

واحدِ اس ای هم میشه W/m^3 که W همون وات یا J/s هستش

[لیلا دادبود]

سلاام
تشکر ویژه به خاطر تایپیک جذابتون.
لطفا بگید فرق بین انتقال به سرخ گرانشی و انتقال به سرخ معمولی در طیف چیه؟؟
آیا در هر دو فقط خطوط به سمت قرمز شیفت پیدا می کنند؟ اگه آره پس راه تفکیکشون چیه؟
یعنی مثلا با مشاهده یک جرم و تعیین انتقال به سرخ اون. از کجا میشه فهمید این انتقال به سرخ مربوط به فاصله اون از ماست یا مربوط به گرانش عظیمیه که تحت تاثیرش قرار گرفته؟؟
سپاس

[Ehsan]

سلاام
تشکر ویژه به خاطر تایپیک جذابتون.
لطفا بگید فرق بین انتقال به سرخ گرانشی و انتقال به سرخ معمولی در طیف چیه؟؟
آیا در هر دو فقط خطوط به سمت قرمز شیفت پیدا می کنند؟ اگه آره پس راه تفکیکشون چیه؟
یعنی مثلا با مشاهده یک جرم و تعیین انتقال به سرخ اون. از کجا میشه فهمید این انتقال به سرخ مربوط به فاصله اون از ماست یا مربوط به گرانش عظیمیه که تحت تاثیرش قرار گرفته؟؟
سپاس

خبر بد اینه که هیچ راهی برای تشخیص وجود نداره، دست کم تا جایی که اصل هم ارزی پیشنهاد می‌ده هیچ راهی وجود نداره، و چون هیچ راهی وجود نداره نمیشه مطمئن بود، حتی من شنیدم بعضی‌ها گفتن که ممکنه انتقال به سرخ کهکشان‌های دور در اثر گرانش بیشترشون باشه ولی این ایده به دلایلی مشکلاتی داره از جمله این که معادلات نسبیت عام به خودی خود یک جهان دارای دینامیک (حرکت) رو توصیف میکنه بنا بر این در مورد کهکشانها بسیار معقول خواهد بود اگر فرض کنیم این انتقال به سرخ در اثر حرکته و نه گرانش. به علاوه داده‌های دیگری هم هست که با این فرض همخوانی داره (مثل cmb و ....)

اما در مورد ستاره‌ها هم ملاحظات نظری هستش که به ما اجازه میده حرکت رو از گرانش تفکیک کنیم، مثلا ستاره‌ای که گرانشش بسیار قوی باشه تا در طیفش انتقال به سرخ دیده بشه باید مشخصات طیفی بسیار متفاوتی (به دلیل تحت فشار بودن گاز) داشته باشه. ستارگان به طور کلی انتقال به سرخ حرکتی دارند تا گرانشی.

[understood]

سلام. نمیدونم میشه جواب سوالامو تا فردا صبح بدین یا نه اما خب بازم مینویسم ( خیلی ضرروریه لطفا اگه جوابشونو میدونین سریعا بگید )
1:
در توجیه طیف اتمی هیدروژن ما فقط یک الکترون داریم.
و ما فرکانس های ناشی از جذب و نشر همون یه دونه الکترونو در نظر میگیریم.
اما در عناصر دیگه و با شمار الکترون های بالا طیف چجوری حاصل میشه؟

[arashgmn]

سلام. نمیدونم میشه جواب سوالامو تا فردا صبح بدین یا نه اما خب بازم مینویسم ( خیلی ضرروریه لطفا اگه جوابشونو میدونین سریعا بگید )
1:
در توجیه طیف اتمی هیدروژن ما فقط یک الکترون داریم.
و ما فرکانس های ناشی از جذب و نشر همون یه دونه الکترونو در نظر میگیریم.
اما در عناصر دیگه و با شمار الکترون های بالا طیف چجوری حاصل میشه؟

سلام

مدل اتمی بور (مدل شبیه به منظومه شمسی) در حقیقت فقط برای همون اتم هیدروژن خوب کار می‌کنه. در مورد اتم‌هایی با تعداد الکترون بالاتر، تحلیل دقیق فیزیکی، نیاز به معادلات نسبتا پیچیده‌تر حاصل از مکانیک کوانتومی داره. با این حال اصول کار تغییری نمی‌کنه:

جذب نور (با یک فرکانس خاص) باعث برانگیختیگی یک الکترون از یک حالت، به حالتی دیگر میشه. بنابراین در طیف کلی نور، ما در اون فرکانس، نوری نمی‌بینیم چون الکترون برای برانگیختگی نور رو جذب کرده.
در نشر هم، اتم‌های برانگیخته، با رفتن به انرژی‌های پایین‌تر، انرژی اضافی رو به صورت نور ساطع می‌کنند که باعث میشه در اون فرکانس مربوط، ما یک خط نشری ببینیم.

معادلات مکانیک کوانتومی برای اتم‌هایی با هسته‌ی سنگین‌تر، پیش‌بینی می‌کنن که ترازهای (اصلی) انرژی، کمی جابجا و در ضمن به زیرترازهایی شکافته بشن که متناظر با اعداد کوانتومی (حالات) مختلفه.

[Uranus.sun]

کشف اخترلرزه‌هایی که شکل ستاره را تغییر می‌دهد
دانشمندان کشف کرده‌اند که ستارگان لرزه‌هایی را تجربه می‌کنند که همچون لرزه‌های روی زمین به قدری قوی هستند که باعث تغییر شکل ستاره‌ها می‌شوند.

به گزارش ایسنا و به نقل از دیلی‌میل، این "اخترلرزه‌ها"(starquakes) که با عنوان نوسانات غیر شعاعی شناخته می‌شوند توسط ماموریت "گایا"(Gaia) آژانس فضایی اروپا به رهبری دانشمندان دانشگاه کمبریج در میان هزاران ستاره شناسایی شدند.

این کشف غیرمنتظره در جدیدترین "گنجینه" از داده‌های این تلسکوپ فضایی که شامل جزئیات جدید و بهبود یافته از تقریباً دو میلیارد ستاره در کهکشان راه شیری است، یافت شد.

وقتی این داده‌ها کنار هم قرار می‌گیرند، یک نقشه دی‌ان‌ای(DNA) تشکیل می‌دهند که تصویری چند بُعدی از سیارک‌ها، سیارات، ستارگان و کهکشان‌ها است و به شناسایی قابل سکونت‌ترین مناطق کهکشان ما کمک می‌کند.

این نقشه بزرگ‌ترین فهرست داده‌ تاکنون را در مورد ستارگان کهکشان راه شیری ارائه می‌کند که در آن مواردی مثل ترکیبات شیمیایی، دما، رنگ، جرم، سن و سرعت حرکت ستاره‌ها در فضا وجود دارد.

تلسکوپ "گایا"
یکی از شگفت‌انگیزترین اکتشافاتی که از این داده‌های جدید به دست آمده کشف اخترلرزه‌ها توسط تلسکوپ "گایا" بوده است. اخترلرزه حرکات کوچک بر سطح ستاره‌ است که شکل آن را تغییر می‌دهد، این تلسکوپ برای رصد چنین مواردی ساخته نشده بود.

پیش از این، "گایا" موفق به یافتن نوسانات شعاعی شده بود که به طور دوره‌ای باعث متورم و کوچک شدن ستاره می‌شوند، این در حالی است که ستاره شکل کروی خود را حفظ می‌کند.

اما اکنون "گایا" ارتعاشات دیگری را نیز مشاهده کرده است که اخترشناسان آن را "سونامی در مقیاس بزرگ" توصیف کرده‌اند.

این نوسانات غیر شعاعی شکل کروی ستاره را تغییر می‌دهند و بنابراین تشخیص آنها سخت‌تر است.

"کانی آرتس" از دانشگاه "کاتولیک لون"(KU Leuven) در بلژیک که بخشی از همکاری‌های "گایا" نیز هست می‌گوید: "اخترلرزه‌ها" چیزهای زیادی در مورد ستارگان به ما می‌آموزند، به ویژه عملکرد درونی آنها.

اینکه ستارگان از چه چیزی ساخته شده‌اند می‌تواند در مورد محل تولد و مسیری که پس از آن طی کرده‌اند و در نتیجه در مورد تاریخچه کهکشان راه شیری اطلاعاتی به ما بدهد.

"گایا" با انتشار سومین مجموعه از داده‌های خود، بزرگترین نقشه شیمیایی کهکشان را به همراه حرکات سه بعدی آن، از منظومه خورشیدی همسایه ما تا کهکشان‌های کوچک‌تر که کهکشان ما را در بر می‌گیرند، به نمایش گذاشت.

برخی از ستاره‌ها نسبت به ستاره‌های دیگر حاوی فلزات سنگین بیشتری هستند.

در طول مه‌بانگ(Big Bang)، تنها عناصر سبک(هیدروژن و هلیوم) تشکیل شدند. سایر عناصر سنگین‌تر دیگر که توسط ستاره‌شناسان فلزات نامیده می‌شود در داخل ستارگان ساخته شدند.

هنگامی که ستاره‌ای می‌میرد، این فلزات در گاز و غبار بین ستاره‌ای به نام محیط بین‌ستاره‌ای آزاد می‌شود و از آنها ستارگان جدیدی شکل می‌گیرند.

تشکیل ستاره به صورت فعال و مرگ ستاره‌ها منجر به ایجاد محیطی می‌شود که از نظر فلزات غنی‌تر است، بنابراین ترکیب شیمیایی یک ستاره کمی شبیه به دی‌ام‌ای آن است که اطلاعات مهمی در مورد منشاء آن به ستاره‌شناسان می‌دهد.

کارشناسان با استفاده از تلسکوپ "گایا" می‌توانند ببینند که برخی از ستاره‌های کهکشان ما از مواد اولیه کهکشان ساخته شده‌اند، در حالی که برخی دیگر مانند خورشید ما از مواد ساخته شده توسط ستارگان نسل‌های قبلی ساخته شده‌اند.

"گایا" همچنین ستارگانی را شناسایی کرده است که در اصل از کهکشان‌های متفاوتی نشات می‌گرفتند.

"آلخاندرا رسیو بلانکو"(Alejandra Recio-Blanco) از رصدخانه کوت دازور که یکی از اعضای ماموریت "گایا" است، می‌گوید: کهکشان ما همچون دیگ ذوب فلزات زیبایی از ستارگان است.

این تنوع بسیار مهم است، زیرا داستان شکل‌گیری کهکشان را به ما می‌گوید و فرآیندهای مهاجرت ستاره‌ها در کهکشان ‌ما را نشان می‌دهد.

همچنین به وضوح نشان می‌دهد که خورشید و همه ما به یک سیستم دائماً در حال تغییر تعلق داریم که به لطف تجمع ستارگان و گازهایی با منشأهای مختلف، شکل گرفته است.

دکتر "نیکلاس والتون"(Nicholas Walton)، یکی از دانشمندان مؤسسه نجوم دانشگاه کمبریج، گفت: این داده‌های منتشر شده از تلسکوپ "گایا" نه تنها به اخترشناسان اجازه می‌دهد تا فواصل و حرکت حدود دو میلیارد ستاره در کهکشان ما را ترسیم کنند، بلکه اندازه گیری‌های دقیقی از ترکیبات فیزیکی و شیمیایی تعداد زیادی از این اجرام برای اولین بار فراهم می‌کند.

با این پایگاه داده باورنکردنی می‌توانیم تصویری جامع از کهکشان راه شیری بسازیم و تاریخچه شکل‌گیری باورنکردنی آن را بررسی کنیم و شواهد مستقیمی از فعل و انفعالات گذشته آن با دیگر کهکشان‌ها و کشمکش‌های درونی تشکیل ستاره‌های شدید در امتداد بازوهای مارپیچی آن را مشاهده کنیم.

این داده‌های جدید یک بانک اطلاعاتی دقیق ایجاد می‌کنند که اساساً به عنوان یک نقشه دی‌ان‌ای عمل می‌کنند و به ما امکان درک جمعیت ستاره‌ای کهکشان‌مان و ردیابی آن‌ها در گذشته، حال و آینده را می‌دهد.

فهرستی جدید از ستاره‌های دوتایی نشان دهنده جرم و تکامل بیش از ۸۰۰ هزار منظومه دوتایی است.

"گایا" همچنین اطلاعاتی درباره ۱۰ میلیون ستاره متغیر، مولکول‌های بزرگ مرموز بین‌ستاره‌ای و همچنین اختروش‌ها و کهکشان‌های ورای کهکشان ما را آشکار می‌کند.

"گایا" در فاصله حدود ۹۳۰ هزارمایل(۱.۵ میلیون کیلومتر) از زمین قرار دارد و دو تلسکوپ برای ثبت داده‌های کهکشان با خود حمل می‌کند.

فناوری کلیدی اکتشافات آن، آشکارسازهای بسیار حساس فوتون که بخشی از دوربین یک میلیارد پیکسلی رصدخانه را تشکیل می‌دهند، ‌ است.

منبع : خبرگزاری ایسنا