He escuchado de referencia para muchos de los telescopios y naves espaciales que tienen un dispositivo conocido como un espectrómetro, y tengo curiosidad, ¿cuál es el propósito de estos dispositivos? ¿Cuál es el trabajo principal detrás de ellos y lo hacemos uso de ellos?
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La radiación electromagnética, incluyendo la luz, es un espectro de longitudes de onda diferentes. La espectroscopia es el análisis detallado de una señal de luz de longitud de onda. Ordinario de imágenes en color romper la luz en 3 canales (rojo, verde y azul), pero la espectroscopia es una cuestión de romper la luz en un mayor número de bandas (por ejemplo, 10, 100, o más), y un espectrómetro es el instrumento que hace justamente eso.
El principio básico de la espectrometría de masas es simple, varios métodos (el más común el uso de un prisma) puede utilizarse para hacer que las diferentes longitudes de onda de la luz para seguir caminos diferentes, que pueden ser utilizados en combinación con un sensor de imagen monocromática para registrar el espectro. Alternativamente, varias imágenes de la misma escena puede ser grabada mientras que el uso de diferentes filtro de banda estrecha (filtros independientes o un dispositivo que se puede ajustar para pasar a través de diferentes longitudes de onda como una de fabry-perot de filtro).
La espectrometría de usos múltiples:
Composición
Los iones de diferentes elementos tienen diferentes espectros de emisión debido a las diferencias en la energía de los electrones de los niveles. Esto hace que sea posible para determinar la composición elemental de los objetos que son significativamente ionizado como estrellas (que se componen de plasma a alta temperatura). Además, a bajas temperaturas las moléculas tienen la característica espectros de absorción y emisión que pueden ser utilizados para determinar la composición de la baja temperatura de los objetos tal como los planetas y los asteroides.
La temperatura
La estructura a gran escala de un espectro de luz estará dominada por las características del espectro de cuerpo negro, lo que es posible determinar una temperatura del objeto.
Movimiento
Como se mencionó anteriormente, la composición de un objeto, el resultado será una muy característico del espectro. Sin embargo, este espectro se desplaza una cierta cantidad de una manera o de otra dependiendo de si el objeto se está moviendo lejos o hacia nosotros, debido al desplazamiento doppler. Esto hace que sea posible medir la velocidad relativa de un objeto a lo largo de la línea de visión. Mediante el estudio de los cambios en el movimiento de un objeto se puede inferir cierta información sobre el objeto, como por ejemplo si es o no es orbitada por otra de otro modo invisible objeto. Hasta la fecha, este es uno de los más prolíficos de métodos para la detección de planetas extrasolares.
Desde la espectroscopia divide una señal de luz en pequeños cubos es muy útil tener tanta luz para trabajar con el como sea posible, por lo que la mayoría de los telescopios más grandes del mundo (como el Keck o telescopios VLT) pasan mucho de su tiempo a la recogida de los espectros y de una forma muy sofisticada de los espectrómetros.
La invención de los CCDs y otros electrónicos de imágenes ha sido un enorme impulso a espectrometría de masas, ya que estos dispositivos tienen muy alta eficiencia cuántica (es decir, la gran mayoría de los fotones de la luz de la fuente se convierten en señales utilizables) y puede tener bastante plana curvas de respuesta espectral. Lo más importante es que ya están finamente dividido en diferentes recipientes espacialmente, y que contienen un gran número de detectores (píxeles).
Uno de los más interesantes avances en la moderna de la espectroscopia es el creciente predominio de la "espectrómetros de imagen" en la nave espacial interplanetaria y observatorios. En lugar de la mera recogida de múltiples canales de color de los datos de cada píxel en una imagen de estos instrumentos, recoger toda espectros para cada píxel. Esto aumenta considerablemente la cantidad de datos recogidos y la velocidad de recopilación de datos por una nave espacial que muchas veces, lo que es posible extraer mucha más información desde un único punto de vista de un planeta, la luna, el rock o lo-que-usted que lo que era posible antes. Algunos ejemplos de imágenes de espectrómetros sería el Mars Reconnaissance Orbiter de la CRISM, el JWST del NIRSpec, y al Amanecer del VIR instrumento.
y0mbo
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Un espectrómetro hace algo similar a lo que un prisma: la luz entra, y se divide en un espectro. Si brillo de la luz blanca a través de un prisma, un arco iris que sale por el otro lado.
Pero no todas las cosas emiten luz blanca. De hecho, cada elemento, cuando es excitado emite un único conjunto de longitudes de onda que actúan como su firma: estas son llamadas líneas de emisión. Así, cada elemento absorbe ciertas longitudes de onda de la luz, y la luz reflejada de este elemento será el que faltan los wavelegths: líneas de absorción. Líneas de emisión y absorción de las líneas puede ser examinada usando un espectrómetro, que pueden medir qué longitudes de onda de la luz están presentes o ausentes.
Desde la emisión y absorción de las líneas son únicos para cada elemento, utilizando un espectrómetro puede ayudar a los científicos a determinar la composición de lo que están estudiando. Este es uno (el único?) manera somos capaces de medir la composición de las estrellas de años-luz de distancia: acaba de romper la luz que le están dando a ver que onda faltan. Lo mismo va para las atmósferas planetarias, la cola de un cometa, asteroides, etc.
Espectrometría de masas también nos permite medir las velocidades de los cuerpos celestes, así como las distancias en las escalas cosmológicas (galaxias). Cuando un objeto está en movimiento, la longitud de onda de la luz que emite es desplazado, ya sea hacia el rojo (alejándose) o hacia el azul (acercarse). Cuando la emisión/absorción de líneas de desplazamiento de una o de otra manera, es posible saber qué tan rápido se está moviendo en relación a nosotros. Ya que el universo se está expandiendo a un ritmo acelerado que se conoce, el desplazamiento al rojo de galaxias distantes se puede traducir a través de la constante de hubble a una distancia. Esta juega un papel importante en la medición del tamaño del universo.
