Все про космос та НЛО
Електромагнітне випромінювання небесних тіл – основне джерело інформації про космічні об'єкти. Досліджуючи електромагнітне випромінювання, можна дізнатися температуру, щільність, хімічний склад та інші характеристики об'єкта, що цікавить нас.
Повний опис властивостей електромагнітного випромінювання та його взаємодії з речовиною дається квантовою електродинамікою – однією з найскладніших теорій сучасної фізики. Згідно з цією теорією, електромагнітне випромінювання має як хвильові властивості, так і властивості потоку частинок, званих фотонами або квантами електромагнітного поля.
Хвильові властивості електромагнітного випромінювання визначаються змінними електричними і магнітними полями, що взаємодіють. Як і будь-яка хвиля, електромагнітне випромінювання характеризується частотою, позначеної зазвичай буквою v, і довжиною хвилі λ. Довжина хвилі та частота пов'язані одна з одною формулою v = c λ, де с — швидкість світла. Дуже важливою властивістю електромагнітного випромінювання є те, що швидкість його поширення у вакуумі не залежить від довжини хвилі, ні від швидкості руху джерела і завжди дорівнює 300 000 км/с.
Якщо розглядати електромагнітне випромінювання як потік фотонів, його основна характеристика визначається енергією фотонів Е, що з частотою формулою Планка: E=hv, де h — постійна Планка, v — частота випромінювання.
Хоча фізична природа та основні властивості однакові для всіх електромагнітних хвиль, характер взаємодії з речовиною та методи дослідження випромінювання, що має різну довжину хвилі, сильно відрізняються. У зв'язку з цим електромагнітне випромінювання небесних тіл умовно ділиться кілька діапазонів.
Випромінювання з довжиною хвилі від 390 нм до 760 нм людське око сприймає як світло,причому різним довжинам хвиль відповідають різні кольори: фіолетовий, синій та блакитний - від 390 нм до 500 нм; зелений та жовтий - від 500 нм до 590 нм; помаранчевий та червоний – від 590 нм до 760 нм. Для виявлення випромінювання інших діапазонів потрібні спеціальні прилади.
Вивчення електромагнітних хвиль, що випускаються небесними тілами, не може поглинати в земній атмосфері, яка пропускає лише випромінювання в діапазонах довжин хвиль від 300 нм до 1000 нм, від 1 см до 20 м і в декількох вікнах прозорості в інфрачервоному діапазоні. На цих довжинах хвиль спостереження можуть проводитися із Землі. Спостереження в інших діапазонах можливі лише за допомогою приладів, піднятих на велику висоту на літаках та повітряних кулях або встановлених на ракетах та штучних супутниках Землі.
Зазвичай небесні тіла випромінюють відразу багатьох довжинах хвиль. Розподіл енергії випромінювання по довжинах хвиль називається спектром випромінювання, а визначення характеристик випромінюючих тіл за спектром — спектральним аналізом. Розрізняють три основні види спектрів: безперервний спектр, лінійний спектр поглинання та лінійний емісійний спектр.
У безперервному спектрі є випромінювання в широкому діапазоні довжин хвиль. Такий спектр має випромінювання нагрітої щільної речовини, причому чим вище температура, тим на меншу довжину хвилі доводиться максимум енергії, що випромінюється тілом. Інший приклад із безперервним спектром - хмара електронів, що рухаються з великою швидкістю в магнітному полі. Випромінювання, що виникає при цьому, називається синхротронним випромінюванням.
Спектр поглинання утворюється при проходженні випромінювання безперервним спектром через холодний газ. У цьому кожен газ поглинає певних довжинах хвиль. Ділянки спектру, на яких відбувається помітне поглинання, називаються лініямипоглинання. Так, наприклад, при проходженні випромінювання через холодний водень утворюються лінії поглинання на довжинах хвиль 121,6 нм, 102,6 нм та ін. Нейтральний гелій найсильніше поглинає на довжині хвилі 58,4 нм.
Випромінювання гарячих розріджених газів має лінійний емісійний спектр. Атоми кожного елемента випромінюють у характерних для даного елемента ділянках спектра, які називаються емісійними лініями. Причому тих довжинах хвиль, у яких холодний газ поглинає, у нагрітому стані той самий газ випромінює. Порівнюючи довжини хвиль ліній поглинання, що спостерігаються в спектрах небесних тіл, з отриманими в лабораторії або теоретично розрахованими спектрами різних речовин, можна визначити хімічний склад випромінюючого космічного об'єкта. Крім того, за спектром можна визначити температуру, щільність, силу тяжкості та напруженість магнітного поля в джерелі випромінювання, а також виміряти швидкість його наближення або віддалення від спостерігача.
При взаємодії з речовиною електромагнітне випромінювання чинить на нього тиск. У більшості небесних тіл сила тиску випромінювання мізерно мала в порівнянні з іншими діючими силами, проте в молодих гарячих зірках великої світності і в деяких рентгенівських джерелах тиск випромінювання може відігравати важливу роль і має враховуватися щодо цих об'єктів.