Спектрографи. Спектральні методи дослідження небесних тіл.

Історія та розвиток

Радіотелескоп Грота Ребера

Радіотелескоп УТР-2. Харків

радіотелескоп РТ-70 П-400 біля селища Заозерне

Радіотелескоп ТНА-400 біля Сімферополя

Радіовипромінювання космічного походження на хвилі 14,6 м вперше було зареєстровано К. Янським (США) у 1931 році за допомогою антени, призначеної для дослідження радіоперешкод від блискавок. Після того, для його приймання створили обладнання різних систем. Перший радіотелескоп збудував Грот Ребер (англ. Grote Reber), радіоаматор з Уіттона (Іллінойс, США) у 1937 році на задньому подвірї своїх батьків. Його апарат мав параболічну форму антени діаметром 9 м. За його допомогою Грот накреслив зоряну мапу в радіодіапазоні на якій виділялись центральні області Чумацького шляху та «яскраві» об'єкти Лебідь A (Cyg A) и Кассіопея A (Cas A)^[1]. Швидкий розвиток радіотелескопії почався в 40-х роках. У Австралії в 1948 був споруджений перший радіоінтерферометр, а в 1953 — перший хрещатий радіотелескоп. Великий повноповоротний параболоїд діаметром 76 м вперше був споруджений у Великобританії в 1957. Принцип отримання зображення з високою роздільною здатністю методом послідовного синтезу апертури розвивається з 1956 року в Кембриджі. У 1967 в США і Канаді проведені перші спостереження на інтерферометрах з незалежним записом сигналів і надвеликими базами. До 1975 кращі за точностю повноповоротні параболоїди встановлено на радіоастрономічних обсерваторіях в Еффельсберзі, Пущині і Симїзі, Кітт-Піку.

Радіотелескоп з нерухомою сферичною чашею споруджений в кратері вулкана в Аресібо, Пуерто-Ріко (діаметр 300 м, мінімальна довжина хвилі 10 см). Має дуже велику збираючу поверхню і використовується як локатор для картографування планет.

Хрестоподібні та кільцеві радіотелескопи функціонують в Молонгло, Австралія(хрест з 2 сітчастих параболічних циліндрів), Харкові (Т-подібна антена 1 800 x 900 м, складається з 2 040 вібраторів, λ = 10—30 м), Пущині (хрест з 2 циліндрів 1 000 x 1 000 м, λ = 2-10 м), Калгурре, Австралія (96 параболоїдів діаметром 13 м, розташованих по кільцю діаметром 3 км). Найбільші радіотелескопи апертурного синтезу — в Кембриджі, Великобританія (λ = 5 см) та Вестерборці, Нідерланди (λ = 6 см).

Уявлення про небесні тіла та їхні системи надзвичайно збагатилися після того, як почали вивчати їхнє радіовипромінювання.

Спектро́граф (від спектр та грец. γραφω — пишу) — спектральний прилад, у якому приймач випромінювання одночасно реєструє весь можливий електромагнітний спектр. Приймачами випромінювання можуть бути фотоматеріали, багатоелементні фотоприймачі (ПЗЗ-матриці або лінійки), електронно-оптичні перетворювачі. Диспергувальна система (система, що поділяє потік випромінювання залежно від довжини хвилі) може бути призмою, дифракційною граткою тощо.

Застосовується переважно в астрономії.

Спектральний аналіз - сукупність методів якісного і кількісного визначення складу об'єкта, заснована на вивченні спектрів взаємодії матерії з випромінюванням, включаючи спектри електромагнітного випромінювання, акустичних хвиль, розподілу по масах і енергіям елементарних частинок і ін
В залежності від цілей аналізу і типів спектрів виділяють кілька методів спектрального аналізу. Атомний і молекулярний спектральні аналізи дозволяють визначати елементний і молекулярний склад речовини, відповідно. В емісійному і абсорбційному методах склад визначається за спектрами випускання і поглинання.
Мас-спектрометричний аналіз здійснюється за спектрами мас атомарних або молекулярних іонів і дозволяє визначати ізотопний склад об'єкта.
Історія
Темні лінії на спектральних смужках були помічені давно, але перше серйозне дослідження цих ліній було зроблено тільки в 1814 році Йозефом Фраунгофера. У його честь ефект отримав назву «фраунгоферових лінії». Фраунгофер встановив стабільність положення ліній, склав їх таблицю (всього він нарахував 574 лінії), привласнив кожній буквено-цифровий код. Не менш важливим стало його висновок, що лінії не пов'язані ні з оптичним матеріалом, ні з земною атмосферою, але є природною характеристикою сонячного світла. Аналогічні лінії він виявив у штучних джерел світла, а також у спектрах Венери і Сіріуса.
Незабаром з'ясовувалося, що одна з найбільш виразних ліній завжди з'являється в присутності натрію. У 1859 році Г. Кірхгоф і Р. Бунзен після серії експериментів уклали: кожен хімічний елемент має свій неповторний лінійчатий спектр, і по спектру небесних світил можна зробити висновки про склад їх речовини. З цього моменту в науці з'явився спектральний аналіз, потужний метод дистанційного визначення хімічного складу.
Для перевірки методу в 1868 році Паризька академія наук організувала експедицію в Індію, де належало повне сонячне затемнення. Там учені виявили: всі темні лінії в момент затемнення, коли спектр випромінювання змінив спектр поглинання сонячної корони, стали, як і було передбачено, яскравими на темному тлі.
Природа кожної з ліній, їх зв'язок з хімічними елементами з'ясовувалися поступово. У 1860 році Кірхгоф і Бунзен за допомогою спектрального аналізу відкрили цезій, а в 1861 році - рубідій. А гелій був відкритий на Сонці на 27 років раніше, ніж на Землі (1868 і 1895 роки відповідно).
Принцип роботи
Атоми кожного хімічного елемента мають строго певні резонансні частоти, в результаті чого саме на цих частотах вони випромінюють або поглинають світло. Це призводить до того, що в спектроскопії на спектрах видно лінії (темні чи світлі) в певних місцях, характерних для кожної речовини. Інтенсивність ліній залежить від кількості речовини і його стану. У кількісному спектральному аналізі визначають зміст досліджуваної речовини за відносною або абсолютною інтенсивностями ліній або смуг в спектрах.
Оптичний спектральний аналіз характеризується відносною простотою виконання, відсутністю складної підготовки проб до аналізу, незначною кількістю речовини (10-30 мг), необхідного для аналізу на велике число елементів.
Атомарні спектри (поглинання або випускання) отримують переведенням речовини в пароподібний стан шляхом нагрівання проби до 1000-10000 ° C. В якості джерел збудження атомів при емісійному аналізі струмопровідних матеріалів застосовують іскру, дугу змінного струму; при цьому пробу поміщають в кратер одного з вугільних електродів. Для аналізу розчинів широко використовують полум'я або плазму різних газів.
Застосування
Останнім часом, найбільшого поширення набули емісійні та мас-спектрометричні методи спектрального аналізу, засновані на порушенні атомів і їх іонізації в аргонової плазмі індукційних розрядів, а також в лазерної іскрі.
Спектральний аналіз - чутливий метод і широко застосовується в аналітичній хімії, астрофізиці, металургії, машинобудуванні, геологічній розвідці та інших галузях науки.
У теорії обробки сигналів, спектральний аналіз також означає аналіз розподілу енергії сигналу (наприклад, звукового) по частотах, хвильовим числам і т. п.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Апертурний синтез	\|	Аберація астрономічна

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.014 сек.