Spektroskop i jego zastosowanie

Wszystkie pierwiastki chemiczne posiadają charakterystyczny układ poziomów energetycznych. Przy odpowiednim wzbudzeniu danego atomu emitowane jest światło o określonych częstotliwościach.  To swoisty „odcisk palca”, na podstawie którego astronomowie są w stanie identyfikować różne pierwiastki w obiektach kosmicznych. W zależności od ich składu chemicznego obiektu wysyłane światło będzie posiadało nieco inny „odcisk” – nazywamy go widmem emisyjnym. Jednym z ważniejszych narzędzi jakie wykorzystuje się do badania widm jest spektroskop. To przyrząd optyczny, który rozczepia światło na poszczególne barwy, dając odpowiedni układ prążków. Jego budowa nie jest skomplikowana i składa się jedynie ze szczeliny, siatki dyfrakcyjnej i soczewki. Nie ma więc przeszkód by samemu zbudować prosty spektroskop.

Materiały potrzebne do wykonania spektroskopu
1. Tekturowa tubka (np. rolka po ręczniku kuchennym)
2. Kawałek tektury lub kartonu
3. Taśma klejąca
4. Taśma izolacyjna
5. Płyta CD lub DVD

Dodatkowo: nożyczki, linijka, ołówek, (nóż)

Wykonanie

Na początku na kawałku tektury lub kartonu odrysowujemy ołówkiem dwa koła odpowiadające wielkością otworom rolki. Wycinamy je po czym na środku jednego z nich  robimy rozcięcie – szczelinę o wielkości ok. 20 mm i szerokości 1 mm. Na drugim wyciętym kole rysujemy i wycinamy prostokąt o boku ok. 20 mm x 20 mm. Następnie bierzemy niepotrzebną płytę CD lub DVD i zdrapujemy z niej srebrzystą farbę – najłatwiej do płyty przykleić taśmę klejącą i energicznym ruchem ją zerwać. Przezroczysty fragment płyty CD będzie naszą siatką dyfrakcyjną. Ostrożnie nożyczkami lub nożem wycinamy z płyty prostokąt o bokach nieco większych niż 20 mm, np. 25mm x 25 mm. Przyklejamy go za pomocą taśmy w miejscu wyciętego prostokąta w drugim kole.

Pozostaje jedynie zamocować wycięte koła po obu stronach tekturowej rolki. Najlepiej posłużyć się taśmą izolacyjną. Po montażu należy sprawdzić, czy patrząc przez okienko  od strony siatki dyfrakcyjnej światło jest widoczne jedynie w szczelinie. Jeśli nie należy doszczelnić rolkę i wycięte elementy taśmą izolacyjną.

      

 

Obserwacja

Kierujemy nasz spektroskop szczeliną na źródło światła, np. żarówkę, lampę uliczną i patrzymy jak przez lunetę. Spoglądając pod odpowiednim kątem, czyli trochę „nad” lub „pod” źródłem światła powinniśmy zobaczyć widmo emisyjne. Uwaga, nie należy kierować szczeliny spektroskopu bezpośrednio na Słońce, zbyt intensywne światło naszej gwiazdy może uszkodzić wzrok!

nor

Wytłumaczenie

Płyta CD lub DVD nie jest gładka, lecz składa się z miliardów mikroskopijnych zagłębień, które służą do zapisu danych. Te maleńkie rowki sprawiają, że przechodzące przez płytę światło ulega wielokrotnie dyfrakcji (interferencja) – zmienia ono swój kierunek na skutek przeszkody. Światło rozczepia się wówczas na poszczególne barwy (dla światła białego zaobserwujemy charakterystyczny układ kolorów tęczy). Sama siatka dyfrakcyjna nie pozwoli na zbadanie innych źródeł światła bez odpowiedniej izolacji od innych źródeł. Dlatego zbyt szeroka szczelina lub nieszczelna tuba może wpłynąć na błędny odczyt widma. 

Spektroskopy do dziś dnia dają nam mnóstwo informacji o wszechświecie. Rozszczepiając światło pochodzące z obiektu kosmicznego na poszczególne zakresy fal, można odkryć jaki jest skład chemiczny, temperatura, czy gęstość ciała niebieskiego. Obserwując widmo planet, zarejestrujemy pasma absorpcyjne pochodzące od związków chemicznych obecnych w atmosferze, czy na ich powierzchni. Dla naukowców spektroskopia jest bardzo ważną metodą badania ciał niebieskich. Nieco bardziej zaawansowani astroamatorzy wykorzystują ją w astrofotografii bez konieczności użycia drogiego sprzętu czy bez bardzo dobrych warunków obserwacyjnych.

Tekst Maria Cybulska i Łukasz Wyka

Zdjęcia Łukasz Wyka

Literatura

  1. M. Cybulska, Ł. Wyka, Spektroskop optyczny domowym sposobem, Astronomia, nr 8, 2018
  2. G. Hewitt, Fizyka wokół nas, PWN, Warszawa 2015
  3. Majcher, Amatorski spektroskop, Centrum Fizyki Teoretycznej PAN, źr.: http://www.as.up.krakow.pl/edu/warsztaty/materialy/instrukcje/spektroskop.pdf

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *