Սպեկտր

Սպեկտր (լատ. spectrum - պատկերացում, պատկեր), ֆիզիկայում՝ տվյալ ֆիզիկական մեծության ընդունած տարբեր արժեքների համախումբ։ Սպեկտրները կարող են լինել անընդհատ և ընդհատ։ «Սպեկտր» հասկացությունն առավել հաճախ կիրառվում է տատանողական պրոցեսների, ինչպես նաև էլեկտրամագնիսական և օպտիկական երևույթների նկարագրության համար։ Լույսի աղբյուրների դասակարգումը կարելի է կատարել լույսի ալիքային տեսության հիման վրա։ Այս տեսակետից լույսի աղբյուրների ամենակարևոր դասակարգումը կարելի է իրագործել ելնելով նրանց ճառագայթած սպեկտրներից։ Ժամանակակից օպտիկական գործիքները, որոնք ծնունդ են առել պարզ սարքերի կատարելագործման հետևանքով, հնարավորություն են տալիս մանրամասնորեն ուսումնասիրել տարբեր աղբյուրների տված սպեկտրները։ Այդ գործիքները կոչվում են սպեկտրոսկոպներ, եթե նրանք նախատեսված են սպեկտրների տեսողական դիտման համար, և սպեկտրագիրներ՝ եթե նրանք հնարավորություն են տալիս լուսանկարել սպեկտրը։ Այդ գործիքների օգնությամբ հայտնաբերվել են սպեկտրների երեք հիմնական տեսակները, որոնք ստացել են գծային, շերտավոր և անընդհատ սպեկտրներ անունները։ Սպեկտրների յուրաքանչյուր տեսակը կարող է դիտվել և որպես ճառագայթման (էմիսիոն) սպեկտր, և որպես կլանման։

Անվան այլ կիրառումների համար տե՛ս՝ Սպեկտր (այլ կիրառումներ)

Էլեկտրաական ազդանշանի սպեկտր

Էլեկտրական ազդանշանի սպեկտրը ազդանշանի հզորության, հոսանքի կամ լարման ամպլիտուդի հաճախային բաշխումն է։ Որևէ ազդանշանի սպեկտր դիտում են սպեկտրի անալիզատորով կամ գտնում՝ այդ ազդանշանն արտահայտող ֆունկցիան վերածելով Ֆուրիեի շարքի (պարբերական ֆունկցիաների դեպքում) կամ Ֆուրիեի ինտեգրալի (ոչ պարբերական ֆունկցիաների դեպքում)։ Տարբերում են գծային սպեկտրներ, որոնցում Ֆուրիեի շարք կազմող առանձին ներդաշնակ բաղադրիչները բաժանված են վերջավոր հաճախային միջակայքերով, և հոծ սպեկտրներ, որոնք պարունակում են բոլոր հնարավոր հաճախականությունների ներդաշնակ բաղադրիչներ։ Օրինակ՝ սինուսոիդական տատանման սպեկտրը կազմված է մեկ հաճախականությունից (սպեկտրային մեկ գծից), իսկ հեռախոսային ազդանշանի սպեկտրը գրավում է հաճախականությունների հոծ շերտ՝ ~3 կից լայնությամբ։

Օպտիկական սպեկտր

Օպտիկական սպեկտր

Օպտիկական սպեկտրը դիտարկվող մարմնի օպտիկական ճառագայթման ինտենսիվության (առաքման սպեկտր) կամ տվյալ նյութի միջով անցնող լույսի կլանման ինտենսիվության (կլանման սպեկտր) բաշխումն է ըստ հաճախականությունների (կամ ալիքի երկարությունների)։ Օպտիկական սպեկտրները լինում են գծային՝ կազմված առանձին ընդհատուն սպեկտրային գծերից, շերտավոր՝ կազմված խիտ դասավորված սպեկտրային գծերի առանձին ընդհատուն խմբերից (շերտերից) և հոծ (անընդհատ), որոնք համապատասխանում են բավական լայն տիրույթ ընդգրկող բոլոր հաճախականությունների լույսի ճառագայթմանը կամ կլանմանը։ Օպտիկական սպեկտրները, որոնց ուսումնասիրությամբ զբաղվում է սպեկտրոսկոպիան, դիտվում և գրանցվում են սպեկտրային սարքերի օգնությամբ։

Ճառագայթման գծային սպեկտր

Ճառագայթման գծային սպեկտրը բաղկացած է մութ արանքներով իրարից բաժանված մի շարք բավականաչափ նեղ գծերից, որոնց թիվը կախված ճառագայթման աղբյուրից, կարող է մի քանիսից հասնել մի քանի հազարի։ Նեղ գծերը դիտվում են այն դեպքում, երբ լույս ճառագայթող ատոմները ուրիշ ատոմների հետ բախումների հետևանքով, չեն ենթարկվում ուժեղ ազդեցության։ Նեղ գծերը սովորաբար առաջանում են փոքր ճնշման տակ գտնվող գազերում էլեկտրական պարպման ժամանակ, ընդ որում ամեն մի գիծ բնորոշ է այն տեսակի ատոմների համար, որոնք ճառագայթում են նրան։ Օրինակ՝ նատրիումի ատոմները ճառագայթում են իրար շատ մոտ դասավորված երկու պայծառ գծեր սպեկտրի դեղին տիրույթում, կադմիումը ճառագայթում է պայծառ կարմիր ու կանաչ գծեր, ինչպես նաև շատ թույլ գծեր, սնդիկը ճառագայթում է մի քանի պայծառ գծեր և այլն։ Էլեկտրական պարպման ժամանակ գազերի վրա գործադրված ճնշման մեծացումը բերում է սպեկտրալ գծերի լայնացման, որի շնորհիվ սպեկտրը դառնում է շերտավոր։ Շերտավոր սպեկտրը բաղկացած է շատ մեծ թվով գծերից, որոնք սպեկտրի տարբեր տիրույթներում կենտրոնացված են խմբերով։ Մոլեկուլները ճառագայթում են հենց այդպիսի սպեկտրներ, ընդ որում շերտերի տվյալ համակարգը բնորոշ է միայն նրան ճառագայթող մոլեկուլներին։ Ճնշման ավելի մեծացման ժամանակ շերտերը, լայնանալով, միանում են կազմելով անընդհատ սպեկտր։ Տաքացած պինդ մարմինների ճառագայթած սպեկտրները ևս անընդհատ են։ Այս տեսակի սպեկտրը, սովորաբար ճառագայթվում է այնպիսի պայմաններում, երբ յուրաքանչյուր ատոմը գտնվում է հարևան ատոմների ուժեղ ազդեցության տակ։ Օգտագործելով ֆոտոթիթեղներ, կարելի է լուսանկարել այն գծերն ու շերտերը, որոնք ընկած են տեսանելի սպեկտրի սահմաններից դուրս։ Դա նշանակում է, որ կան ճառագայթման որոշ տեսակներ, որոնց նկատմամբ ֆոտոթիթեղը զգայուն է, իսկ աչքը՝ ոչ։ Ճառագայթումը, որը տեղավորված է սպեկտրի կարմիր ծայրից դուրս, կոչվում է ինֆրակարմիր, իսկ մանուշակագույն ծայրից դուրս գտնվող սպեկտրը՝ ուլտրամանուշակագույն։

Ճառագայթման անընդհատ սպեկտր

Սովորական լույսի աղբյուրների մեծ մասը տալիս են ճառագայթման անընդհատ սպեկտր։ Նկատվել է, որ գազերով կամ գոլորշիներով այդպիսի լույսի անցման ժամանակ ի հայտ են գալիս մութ գծեր։ Գոլորշիները, գազերը և հեղուկները կարող են տալ նաև կլանման անընդհատ սպեկտր։ Սակայն հայտնաբերվել են, որ սպեկտրում գազերի ու գոլորշիների առանձնահատուկ կլանման գծերի ու շերտերի դիրքերը համընկնում են էլեկտրական պարպման հետևանքով այդ գազերի ու գոլորշիների ճառագայթած գծերի ու շերտերի դիրքերի հետ։ Կլանման այդպիսի գծերն ու շերտերը հնարավորություն են տալիս ապացուցել գազերում և գոլորշիներում համապատասխան ատոմների ու մոլեկուլների առկայությունը։ Նման տեսակի սպեկտր առաջին անգամ հայտնաբերել է Ֆրաունհոֆերը, որը ցույց է տվել, որ արեգակի ճառագայթած անընդհատ սպեկտրը հատված է մի շարք մութ գծերով։ Սպեկտրում նրանց դիրքերը համընկնում են լաբորատոր պայմաններում ստացված էմիսիոն սպեկտրի որոշ գծերի դիրքերի հետ։ Այդ գծերի ծագման պատճառը հետևյալն է։ Արեգակի կենտրոնը իրենից ներկայացնում է մեծ խտություն և բարձր ջերմաստիճան ունեցող գազ, որը ճառագայթում է անընդհատ սպեկտր։ Այդ լույսն անցնելով արեգակի փոքր խտության և համեմատաբար սառը արտաքին շերտով նրա մի մասը կլանվում է, որի հետևանքով արեգակի սպեկտրում նկատվում են մութ գծեր։ Արեգակի սպեկտրում կլանման որոշ գծերը, որոնք նկատվում են Երկրի վրա կատարվող դիտումների ժամանակ, իրենց ծագումով պարտական են մթնոլորտի գազերի կողմից լույսի կլանանը։ Նշենք, որ արեգակի կենտրոնական տիրույթը կոչվում է ֆոտոսֆերա։ Արևապսակը իրենից ներկայացնում է արեգակի ավելի փոքր խտություն ունեցող մասը, որը տարածվում է քրոմոսֆերայի ահմաններից մեծ հեռավորությունների վրա։ Պսակը կարելի է տեսնել միայն արեգակի խավարման ժամանակ, երբ արեգակի սկավառակի հիմնական լույսը ծածկվում է լուսնով։ Պսակի սպեկտրում դիտվում են մի շարք թույլ, բայց շատ նեղ էմիսիոն գծեր։

Սպեկտրները միջուկային ֆիզիկայում

Միջուկային ֆիզիկայում օգտագործվում են զանգվածների, իմպուլսների, էներգիաների, արագությունների սպեկտրներ հասկացությունները։

Աղբյուր

ՀՍՀ, 1985 թ., Երևան