Происхождение жизни: маленький теплый водоем - Фолсом К.
Скачать (прямая ссылка):
При нагревании какого-либо элемента в газообразном состоянии в его спектре на темном фоне появляется набор ярких эмиссионных линий, свойственный данному элементу, который можно назвать его «отпечатками пальцев». Атомы каждого элемента имеют определенное, ему одному присущее число протонов и электронов. При нагревании электроны переходят на более высокий энергетический уровень. При возврате этих электронов на более низкие энергетические уровни их энергия возбуждения высвобождается в форме испускаемых фотонов, частоты которых характерны для данного злемецта.
Визуальная эмиссионная спектроскопия использовалась в XIX в. Робертом Бунзеном и Густавом Кирхгофом, когда они разрабатывали простые способы обнаружения металлов, основанные на окраске пламени. Внося соли различных металлов в пламя, исследователи наблюдали характерную для этих металлов окраску пламени. Эта окраска представляет собой преобладающий в спектре испускания соответствующего металла. Например, кусочек хлористого натрия при внесении в пламя давал желтую окраску, хлористый никель — зеленую, а хлористый кадмий — пурпурно-фиолетовую.
Существуют спектры еще одного вида, представляющие собой наборы темных линий на светлом фоне. Это спектры поглощения; опи возникают при прохождении белого света от раскаленного твердого тела через более холодные пары какого-либо химического элемента. Источник белого света испускает фотоны всех частот, Темные
Рис. 1.3. Участок желтой области спектра звезды-гиганта спектрального класса К-1 (сверху) в сравнении со спектром неона (внизу), на основании которого устанавливается шкала длин волн. Над несколькими линиями поглощения указаны длины волн и обозначены элементы, ответственные за их появление. (Спектр из Ликской обсерватории любезно предоставлен д-ром Спинрэдом.)
линии отвечают тем фотонам, которые были поглощены электронами, находившимися на низких энергетических уровнях, поскольку именно в данных местах спектра расположены полосы их собственных частот. Поэтому дап-ный вид спектра называют разностным. Для любого элемента частоты линий в спектрах испускания и поглощения совпадают.
Спектроскопия — главнейшая точка соприкосновения астрономии и химии. Анализ света, излучаемого звездами, дает богатые сведения об их химическом составе. На рис. 1.3 представлен типичный спектр звезды. Анализ подобных спектров позволяет не только идентифицировать химические элементы, но дает также и другую информацию. Например, сравнивая относительные интенсивности эмиссионных линий одного и того же элемента, можно измерить температуру источника. Относительное содержание каждого элемента можно найти, измеряя относительные интенсивпости его главных спектральных линий. Кроме того, из спектра можно определить скорость объекта относительно наблюдателя.
С конца XIX в. было зарегистрировано более 2 млн. спектров примерно 15 тыс. звезд и Солнца, и на основе этих спектров были сделаны выводы об их химическом
составе. Не менее важным является заключение, что всюду во Вселенной существуют одни и те же химические элементы и выполняются одни и те же физические законы.
Когда свет удаленных звезд по пути к наблюдателю проходит через облака межзвездного газа, в спектрах звезд появляются темные линии, соответствующие полосам поглощения. Анализ этих полос позволяет определить, какие атомы и молекулы присутствуют в межзвездном пространстве.
Туманности видны в маломощный телескоп как слабо светящиеся звезды, но на самом деле это огромные облака газа и пыли, распределенные между звездами. Излучение звезд возбуждает составляющие туманность газ и пыль, заставляя их тускло светиться. Поэтому спектры этих светящихся газовых облаков представляют собой спектры испускания.
Миллионы спектров, зарегистрированных от Солнца, звезд, межзвездных облаков и туманностей, вполне доступны интерпретации при использовании удивительно небольшого числа основных положений.
Во-первых, все эти объекты, составляющие почти все вещество Вселенной, имеют, по существу, одинаковый химический состав. В табл. 1.1 приведено ртносительное содержание самых распространенных элементов во Вселенной.
Таблица 1.1
Содержание во Вселенной
некоторых из наиболее распространенных элементов
Атомы Относителъ* Атомы Относитель
кое содержа ное содержа
ние, число ние. число
атомов атомов
Водород 10 ООО ООО llai-рий 17
Гелий 1400 000 Магний 290
Литий 0,003 Алюминий 19
Углерод 3000 Фосфор 3
Азот 910 Калий 0,8
Кислород 6 800 Аргон 42
Неон 2 800 Кальций 17
Железо 80
Приближающееся тем
Удаляющееся тело
—»-•---------
Наблюдатели
Рис. 1.4. Эффект Доплера. Когда тело приближается к наблюдателю, частоты всех видов его электромагнитного излучения повышаются по отношению к системе отсчета наблюдателя прямо пропорционально скорости. Когда тело удаляется, частоты всех видов его электромагнитного излучения понижаются по отношению к наблюдателю пропорционально скорости. Приближающиеся тела дают фиолетовое смещение (повышение частоты) видимого спектра, а удаляющиеся — красное (понижение частоты).
