Spektroskopia

Mikäli elämän merkkejä milloinkaan löydetään joltakin muulta planeetalta, ne löydetään spektrograafilla

Spektroskopia on yksi tähtitieteilijöiden suosikkityökaluja maailmankaikkeuden ymmärtämiseksi. Planeetat, tähdet ja galaksit ovat yksinkertaisesti liian kaukana analysoitavaksi laboratoriossa. Onneksi hyvin arvokasta tietoa näistä kaukaisista kohteista on kirjoitettu teleskoopeilla havaitsemaamme valoon.

Valo ei kuitenkaan ole kuin avoin kirja. Jotta se voidaan lukea, valo pitää hajottaa osatekijöihinsä eri väreiksi (eli aallonpituuksiksi) samalla tavoin kuin vesipisarat hajottavat valoa muodostaessaan sateenkaaren. Newton kutsui tätä värien sateenkaarta spektriksi, latinankielisen "ilmestystä" tarkoittavan sanan mukaan.

 


Prisma jakaa valkoisen valon osatekijöihinsä: sateenkaaren väreiksi.


Luonnollinen prisma, joka on kaikille tuttu.

 

Ensimmäinen tähtitieteellinen spektroskopiakoe oli Fraunhoferin ja Kirshhoffin Auringon valosta tekemä analyysi 1800-luvun alkupuoliskolla. Auringon säteilemän valkoisen valon odotettiin tuottavan puhtaan sateenkaaren sen kulkiessa prisman läpi. Tuolloin huomattiin kuitenkin ensimmäistä kertaa tummien linjojen kuvio. Nämä odottamattomat linjat olivat valon vuorovaikuttaessa eri alkuaineiden kanssa valoon kirjautuneet "sormenjäljet". Niitä kutsutaan absorptioviivoiksi.

Tämän vuorovaikutuksen kauneus on siinä, että jokainen alkuaine tai molekyyli tuottaa yksilöllisen nimikirjoituksen spektriin eli tietyntyyppisen viivakoodin, joka yksiselitteisesti erottaa alkuaineet toisistaan. Selittämällä nämä viivakoodit spektroskopia kykenee paljastamaan minkä tahansa valoa säteilevän tai absorboivan kohteen tärkeät ominaisuudet.

 


Auringon viivakoodi. Hyvin pitkä spektri on leikattu pienemmiksi paloiksi ja esitetty sitten päällekkäin.
Kuvan oikeudet: NOAO/AURA/NSF


Tähti säteilee valoa kautta koko spektrin — kyseessä on jatkuva spektri eli kontinuumi. Kun valkoinen valo kulkee prisman läpi, se muodostaa sateenkaaren eli spektrin. Samalla tavoin tähden valon kulkiessa kaasun tai kaasusumun halki — tai vaikka vain tähden kaasukehän halki — kaasun sisltämät alkuaineet absorboivat siitä tietyt värit (eli aallonpituudet) aiheuttaen kontinuumiin tummia viivoja. Kyseessä on absorptiospektri. Kaasun absorboima energia säteilee edelleen kaikkiin suuntiin, edelleen kaasun alkuaineille tyypillisillä väreillä, ja tuottaa kirkkaita viivoja tietyillä aallonpituuksilla. Tämä tunnetaan emissiospektrinä.

 

Spektrograafit ovat olennainen osa tähtitieteellistä havaintolaitteistoa ja ne ovat paljon prismaa monimutkaisempia. Yksinkertaisen sateenkaaren sijaan tuloksena saadaan spektri, jossa valo on paljon sateenkaarta hajaantuneempaa. Spektrit kirjoitetaan CCD-ilmaisimille ja tallennetaan lopulta tietokoneelle tiedostoiksi jatkotutkimuksia ja -analyysia varten. Tähden tai minkä tahansa tähtitieteellisen kohteen spektri ei vain paljasta tiettyjen alkuaineiden läsnäoloa, vaan antaa myös tietoja vallitsevista fysikaalisista olosuhteista kuten lämpötilasta ja tiheydestä. Spektrit voivat kertoa meille myös liikkeestä. Käyttämällä Doppler-ilmiötä, voidaan mitata tähden tai galaksin nopeus suhteessa Maapalloon. Tätä ilmiötä käytetään etsittäessä aurinkokunnan ulkopuolisia planeettoja. Lisäksi vastaavaa ilmiötä käyttämällä tähtitieteilijät voivat mitata galaksien etäisyyksiä. Spektrit sisältävät myös tietoja kohteessa vallitsevasta magneettikentästä, materian koostumuksesta ja monesta muusta asiasta.

Useimmat ESO:n observatorioiden teleskoopit on varustettu spektrograafilla tai niissä on spektroskooppinen havaintotila. Ne kattavat erilaisia aallonpituusalueita (lähiultravioletista keski-infrapunaan) ja tarjoavat erilaisia spektriresoluutioita (mitä suurempi spektrin resoluutio, sitä voimakkaampaa valon hajaantuminen ja pienempiä yksityiskohdat, joita spektristä voidaan havaita).

 


Kuva X-shooter -havaintolaitteella otetusta spektristä. Tämä havaintolaite kykenee ottamaan samanaikaisia spektrejä kohteesta laajalla värien valikoimalla (eli laajalla aallonpituusalueella) ultravioletista infrapunaan.


Useimmat spektrograafit valitsevat hajotettavan valon käyttäen rakoa, joka voi olla pitkä tai hyvin lyhyt tai ihan vain pieni reikä. Vain rakoon osunut valo kulkee spektrograafiin (ei esitetty kuvassa) ja tuottaa spektrin raosta.

 

Jotkin Paranalin VLT-teleskoopit (Very Large Telescope) tuottavat suuren tarkkuuden spektrejä, kuten UVES ja CRIRES. Muut tuottavat spektrejä useista kohteista samanaikaisesti, kuten FLAMES ja VIMOS. Jotkin harvat, kuten KMOS, MUSE ja SINFONI, voivat jopa ottaa spektrin koko näkökentästään (katso Yhtenäiskenttäspektroskopia).

La Sillan observatoriolla spektrograafeja ovat NTT-teleskoopin (New Technology Telescope), EFOSC2 (ja sen edeltäjä EMMI) sekä SOFI. Kieltämättä HARPS, joka on asennettu ESO:n 3.6-metrin teleskooppiin, on yksi kaikkein kuuluisimmista johtuen sen johtavasta asemasta eksoplaneettojen etsinnässä.

ELT-teleskooppiin (Extremely Large Telescope) suunnitellun kaltaiset seuraavan sukupolven spektrograafit menevät selvästi tällä hetkellä mahdollisia havaintoja pitemmälle. Nykyisin mahdottomiin tehtäviin kuuluva mahdollisten elämän merkkien etsiminen Maan kaltaisten eksoplaneettojen kaasukehistä on tähtitieteilijöiden lähitulevaisuuden odotuksissa. Mikäli elämän merkkejä milloinkaan löydetään joltakin muulta planeetalta, löydetään ne luultavimmin spektrograafilla.

Tieteen huippuhetkiä

ESO:n spektrograafit toimittivat avainaineistoa merkittäviin löytöihin tähtitieteen eri osa-alueilla:

  • ESO:n 10 tähtitieteellistä huippuhavaintoa
  • Aurinkokunnan kappaleita, eksoplaneettoja ja ruskeita kääpiöitä: katso CRIRES:in tieteen huippuhetket;
  • Eksoplaneetat: katso HARPS:in tieteen huippuhetket;
  • Tähtipopulaatiot: katso FLAMES:in tieteen huippuhetket;
  • Kosmologia: katso UVES:in tieteen huippuhetket;
  • Linnunradan ytimen supermassiivinen musta aukko: katso SINFONI:n tieteen huippuhetket;
  • Galaksien evoluutio: katso VIMOS:in tieteen huippuhetket.
Lähetä meille kommentteja!
Tilaa uutisia ESO:lta omalla kielelläsi
CDN77:n nopeuttamana
Myyntiehdot
Cookie Settings and Policy

Our use of Cookies

We use cookies that are essential for accessing our websites and using our services. We also use cookies to analyse, measure and improve our websites’ performance, to enable content sharing via social media and to display media content hosted on third-party platforms.

You can manage your cookie preferences and find out more by visiting 'Cookie Settings and Policy'.

ESO Cookies Policy


The European Organisation for Astronomical Research in the Southern Hemisphere (ESO) is the pre-eminent intergovernmental science and technology organisation in astronomy. It carries out an ambitious programme focused on the design, construction and operation of powerful ground-based observing facilities for astronomy.

This Cookies Policy is intended to provide clarity by outlining the cookies used on the ESO public websites, their functions, the options you have for controlling them, and the ways you can contact us for additional details.

What are cookies?

Cookies are small pieces of data stored on your device by websites you visit. They serve various purposes, such as remembering login credentials and preferences and enhance your browsing experience.

Categories of cookies we use

Essential cookies (always active): These cookies are strictly necessary for the proper functioning of our website. Without these cookies, the website cannot operate correctly, and certain services, such as logging in or accessing secure areas, may not be available; because they are essential for the website’s operation, they cannot be disabled.

Cookie ID/Name
Description/Purpose
Provider (1st party or 3rd party)
Browser session cookie or Stored cookie?
Duration
csrftoken
XSRF protection token. We use this cookie to protect against cross-site request forgery attacks.
1st party
Stored
1 year
user_privacy
Your privacy choices. We use this cookie to save your privacy preferences.
1st party
Stored
6 months
_grecaptcha
We use reCAPTCHA to protect our forms against spam and abuse. reCAPTCHA sets a necessary cookie when executed for the purpose of providing its risk analysis. We use www.recaptcha.net instead of www.google.com in order to avoid unnecessary cookies from Google.
3rd party
Stored
6 months

Functional Cookies: These cookies enhance your browsing experience by enabling additional features and personalization, such as remembering your preferences and settings. While not strictly necessary for the website to function, they improve usability and convenience; these cookies are only placed if you provide your consent.

Cookie ID/Name
Description/Purpose
Provider (1st party or 3rd party)
Browser session cookie or Stored cookie?
Duration
Settings
preferred_language
Language settings. We use this cookie to remember your preferred language settings.
1st party
Stored
1 year
ON | OFF
sessionid
ESO Shop. We use this cookie to store your session information on the ESO Shop. This is just an identifier which is used on the server in order to allow you to purchase items in our shop.
1st party
Stored
2 weeks
ON | OFF

Analytics cookies: These cookies collect information about how visitors interact with our website, such as which pages are visited most often and how users navigate the site. This data helps us improve website performance, optimize content, and enhance the user experience; these cookies are only placed if you provide your consent. We use the following analytics cookies.

Matomo Cookies:

This website uses Matomo (formerly Piwik), an open source software which enables the statistical analysis of website visits. Matomo uses cookies (text files) which are saved on your computer and which allow us to analyze how you use our website. The website user information generated by the cookies will only be saved on the servers of our IT Department. We use this information to analyze www.eso.org visits and to prepare reports on website activities. These data will not be disclosed to third parties.

On behalf of ESO, Matomo will use this information for the purpose of evaluating your use of the website, compiling reports on website activity and providing other services relating to website activity and internet usage.

ON | OFF

Matomo cookies settings:

Cookie ID/Name
Description/Purpose
Provider (1st party or 3rd party)
Browser session cookie or Stored cookie?
Duration
Settings
_pk_id
Stores a unique visitor ID.
1st party
Stored
13 months
_pk_ses
Session cookie temporarily stores data for the visit.
1st party
Stored
30 minutes
_pk_ref
Stores attribution information (the referrer that brought the visitor to the website).
1st party
Stored
6 months
_pk_testcookie
Temporary cookie to check if a visitor’s browser supports cookies (set in Internet Explorer only).
1st party
Stored
Temporary cookie that expires almost immediately after being set.

Additional Third-party cookies on ESO websites: some of our pages display content from external providers, e.g. YouTube.

Such third-party services are outside of ESO control and may, at any time, change their terms of service, use of cookies, etc.

YouTube: Some videos on the ESO website are embedded from ESO’s official YouTube channel. We have enabled YouTube’s privacy-enhanced mode, meaning that no cookies are set unless the user actively clicks on the video to play it. Additionally, in this mode, YouTube does not store any personally identifiable cookie data for embedded video playbacks. For more details, please refer to YouTube’s embedding videos information page.

Cookies can also be classified based on the following elements.

Regarding the domain, there are:

As for their duration, cookies can be:

How to manage cookies

Cookie settings: You can modify your cookie choices for the ESO webpages at any time by clicking on the link Cookie settings at the bottom of any page.

In your browser: If you wish to delete cookies or instruct your browser to delete or block cookies by default, please visit the help pages of your browser:

Please be aware that if you delete or decline cookies, certain functionalities of our website may be not be available and your browsing experience may be affected.

You can set most browsers to prevent any cookies being placed on your device, but you may then have to manually adjust some preferences every time you visit a site/page. And some services and functionalities may not work properly at all (e.g. profile logging-in, shop check out).

Updates to the ESO Cookies Policy

The ESO Cookies Policy may be subject to future updates, which will be made available on this page.

Additional information

For any queries related to cookies, please contact: pdprATesoDOTorg.

As ESO public webpages are managed by our Department of Communication, your questions will be dealt with the support of the said Department.