خطوط طیفی Spectral line

وقتی نور خورشید یا ستاره را با منشور یا توری پراش به رنگ‌هایش باز کنیم، در میان رنگ‌ها خطوط باریکی دیده می‌شود. این خطوط شناسنامهٔ عنصرهاست و بخش اصلی دانشی را می‌سازد که از ستارگان داریم.

خط طیفی چگونه پدید می‌آید؟

خط طیفی وقتی پدید می‌آید که الکترونی در اتم از یک تراز انرژی به تراز دیگر می‌رود و فوتونی با انرژی دقیق جذب یا گسیل می‌کند. چون تراز انرژی هر عنصر مخصوص خود اوست، خط‌هایش هم همین‌طورند. اتم هیدروژن خطوط سری بالمر را در بخش مرئی طیف دارد. دربارهٔ فوتون و اتم بیشتر بخوانید.

سه نوع طیف وجود دارد. جسم داغ و چگال طیفی پیوسته می‌دهد. گاز داغ و رقیق فقط در طول موج‌های ویژه نور گسیل می‌کند و طیف گسیلی ایجاد می‌شود. گاز سردتر در برابر یک چشمهٔ پیوسته همان طول موج‌ها را می‌گیرد و خطوط تاریک جذبی می‌سازد. این سه قاعده را گوستاو کیرشهوف در سدهٔ نوزدهم ارائه کرد.

تاریخچه

یوزف فرانهوفر در ۱۸۱۴ صدها خط تاریک در طیف خورشید شمرد. بعدتر دانشمندان دریافتند این خطوط عنصرهای موجود در جو خورشید را نشان می‌دهند. در ۱۸۶۸ خطی ناشناخته در طیف خورشید دیده شد و عنصر تازه‌ای را به نام «هلیوم» (از هلیوس، خورشید) معرفی کرد، حدود ربع قرن پیش از یافتن آن روی زمین.

خطوط طیفی چه چیزهایی را فاش می‌کنند؟

خطوط طیفی چهار چیز را می‌گویند: ترکیب شیمیایی، دما، چگالی و سرعت. اگر چشمه به ما نزدیک یا از ما دور شود، خطوط جابه‌جا می‌شوند، همان اثر دوپلر. جابه‌جایی به سمت قرمز نشان‌دهندهٔ دور شدن است و تحلیل آن انبساط جهان را آشکار کرد. شاخهٔ این علم طیف‌سنجی نجومی است. رده‌بندی طیفی ستاره‌ها نیز بر پایهٔ همین خطوط است.

پرسش‌های رایج

### تفاوت طیف جذبی و گسیلی چیست؟
در طیف گسیلی فقط چند خط روشن بر زمینهٔ تیره دیده می‌شود و در طیف جذبی چند خط تیره بر زمینه‌ای رنگین. اولی از گاز داغ و دومی از گاز سرد جلوی یک چشمهٔ روشن می‌آید.

### از کجا می‌دانیم ستاره‌ها از چه ساخته شده‌اند؟
با تجزیهٔ نور آن‌ها به طیف و تطبیق خطوط با نمونه‌های آزمایشگاهی. هر عنصر الگوی خطی منحصر به فرد دارد، پس تشخیص آن ممکن است.

### چرا هلیوم در خورشید زودتر از زمین پیدا شد؟
هلیوم گاز سبک و کم‌یاب در پوستهٔ زمین است و دیده نمی‌شد، اما خط طیفی آن در نور خورشید آشکار بود. بعدها در زمین نیز یافتنش ممکن شد.

### آیا خطوط طیفی به دانستن سرعت ستاره هم کمک می‌کنند؟
بله. جابه‌جایی کل الگوی خطوط به سمت قرمز یا آبی سرعت نزدیک یا دور شدن ستاره را می‌دهد و همین روش برای یافتن سیاره‌های فراخورشیدی هم به کار می‌رود.