Hvordan kan elektromagnetisk stråling gi informasjon om verdensrommet?

[Donnie Darko]

Hei.

Jeg lurer nemlig på hvordan elektromagnetisk stråling fra verdensrommet kan gi informasjon om verdenrommet?

 

Om jeg ikke tar helt feil, spiller stjernene en stor rolle her? Man ser på spektrallinjene og Dopplereffekten? Nå kan jeg ingen ting om doplereffekten eller spektrallinjene, men det er det jeg har hørt.

 

Hvordan er det elektromagnetisk stråling kan gi informasjon om verdensrommet?

 

Takker for svar (:

[Maelwedd]

Elektromagnetisk (EM) stråling er bare lys. Hvis du tenker på det, så er det lett å skjønne hvordan vi får informasjon ut av det, store deler av informasjonen vi tar inn til daglig er jo ved hjelp av lys.

 

Stjerner sender ut store mengder EM. Ved å se på spektrallinjene (frekvensene til det utsendte lyset) kan vi se hvordan den stjernen produserer lyset sitt (hvilke grunnstoffer som er i den, og hvilke prosesser som foregår). Dersom lyset passerer gjennom atmosfæren til en planet før det når oss, kan vi også se på absorpsjonsspekteret ("manglende" frekvenser i lyset) til planeten for å finne ut hva atmosfæren består av.

 

Dopplereffekten er noe som oppstår når kilde og mottaker beveger seg i forhold til hverandre. Dette vil si at lys som kommer fra en stjerne som beveger seg vekk fra oss blir "rødskiftet" (ser ut som om det har mindre frekvens) og fra stjerner som beveger seg mot oss blir det "blåskiftet" (ser ut som om det har større frekvens).

 

Er fortsatt litt tidlig på morran for meg i dag, så si ifra hvis noe var uklart...

[Donnie Darko]

Elektromagnetisk (EM) stråling er bare lys. Hvis du tenker på det, så er det lett å skjønne hvordan vi får informasjon ut av det, store deler av informasjonen vi tar inn til daglig er jo ved hjelp av lys.

 

Stjerner sender ut store mengder EM. Ved å se på spektrallinjene (frekvensene til det utsendte lyset) kan vi se hvordan den stjernen produserer lyset sitt (hvilke grunnstoffer som er i den, og hvilke prosesser som foregår). Dersom lyset passerer gjennom atmosfæren til en planet før det når oss, kan vi også se på absorpsjonsspekteret ("manglende" frekvenser i lyset) til planeten for å finne ut hva atmosfæren består av.

 

Dopplereffekten er noe som oppstår når kilde og mottaker beveger seg i forhold til hverandre. Dette vil si at lys som kommer fra en stjerne som beveger seg vekk fra oss blir "rødskiftet" (ser ut som om det har mindre frekvens) og fra stjerner som beveger seg mot oss blir det "blåskiftet" (ser ut som om det har større frekvens).

 

Er fortsatt litt tidlig på morran for meg i dag, så si ifra hvis noe var uklart...

 

Tusen takk for svar. Dette hjalp meg virkelig, men hva mener du med "manglende" frekvenser i lyset? (:

[SeaLion]

Når lys passerer gjennom en kjøligere gass, så "spiser" (absorberer) den kjølige gassen fotoner i spesielle bølgelengder. Dermed oppstår det karakteristiske absorbasjonslinjer i lysspekteret, hvert stoff har sine helt spesielle "fingeravtrykk". Lyset i stjerner oppstår i stjernens indre og et par absorbasjonsfingermerker oppstår alltid i det lyset går gjennom stjernens atmosfære og der passerer kjøligere hydrogen og helium (som stort sett alltid befinner seg i stjernenes atmosfære).

 

Ved å analysere hvor absorbasjonslinjene for hydrogen og helium befinner seg i lysspekteret fra stjernen, så kan vi se om lyset er rødforskøvet eller blåforskøvet, og hvor mye forskyvingen er. Og utfra dette kan vi se hvor fort stjernen fjerner eller nærmer seg oss.

 

Vi kan ikke se om lyset er rødforskøvet eller blåforskøvet på lyset i seg selv, for det finnes EM-stråling på begge sider av synlig lys som overtar og blir synlig lys ved forskyvning. Lyset fra selv objekter langt ute i verdensrommet som farer bort fra oss i nær lysets hastighet ser derfor like hvite ut som nære stjerner, det først når vi spalter lyset i et spekter at plasseringen av absorbasjonslinjene for hydrogen og helium (og andre stoffer) forteller om hvor stor rødforskyvningen (og dermed farten) virkelig er.

 

Sånn kan et spekter med absorbasjonslinjer se ut:

[Maelwedd]

Mye bedre forklaring, SeaLion. Glømte å si at du må vite originalfrekvensen på lyset for å se om du har dopplerskift eller ikke.

 

Forresten, når jeg sier lys, så mener jeg alt av EM, synlig eller ikke. Jeg er en fotoniker

[Donnie Darko]

Når lys passerer gjennom en kjøligere gass, så "spiser" (absorberer) den kjølige gassen fotoner i spesielle bølgelengder. Dermed oppstår det karakteristiske absorbasjonslinjer i lysspekteret, hvert stoff har sine helt spesielle "fingeravtrykk". Lyset i stjerner oppstår i stjernens indre og et par absorbasjonsfingermerker oppstår alltid i det lyset går gjennom stjernens atmosfære og der passerer kjøligere hydrogen og helium (som stort sett alltid befinner seg i stjernenes atmosfære).

 

Ved å analysere hvor absorbasjonslinjene for hydrogen og helium befinner seg i lysspekteret fra stjernen, så kan vi se om lyset er rødforskøvet eller blåforskøvet, og hvor mye forskyvingen er. Og utfra dette kan vi se hvor fort stjernen fjerner eller nærmer seg oss.

 

Vi kan ikke se om lyset er rødforskøvet eller blåforskøvet på lyset i seg selv, for det finnes EM-stråling på begge sider av synlig lys som overtar og blir synlig lys ved forskyvning. Lyset fra selv objekter langt ute i verdensrommet som farer bort fra oss i nær lysets hastighet ser derfor like hvite ut som nære stjerner, det først når vi spalter lyset i et spekter at plasseringen av absorbasjonslinjene for hydrogen og helium (og andre stoffer) forteller om hvor stor rødforskyvningen (og dermed farten) virkelig er.

 

Sånn kan et spekter med absorbasjonslinjer se ut:

 

Da har jeg fått rikelig med informasjon fra to som kan sitt. Takk skal dere ha

[SeaLion]

Elektromagnetisk (EM) stråling er bare lys.

Ikke bare lys nei, også varmestråling, UV-lys, mikrobølger, røntgen, gammastråler og radiobølger er EM-stråling. Den eneste forskjellen på synlig lys og annen EM-stråling er kvantenes bølgelengder. Og kvantenes bølgelengder avhenger hvor de kommer fra, fra hvilket hvilket grunnstoff og fra hvilket elektronenerginivå kvantet oppsto. Hvert grunnstoff har sine egne spesielle emisjonslinjer. De kvantene som har bølgelengder på mellom 400 og 750 nm (nanometer) er ansvarlig for den EM-strålingen vi kaller synlig lys, og disse kvantene kalles derfor ofte for fotoner.

 

[Maelwedd]

Elektromagnetisk (EM) stråling er bare lys.

Ikke bare lys nei, også varmestråling, UV-lys, mikrobølger, røntgen, gammastråler og radiobølger er EM-stråling.

 

Akkurat det som er poenget mitt. I mitt fagområde skiller vi sjeldent mellom synlig og usynlig EM, alt er bare lys. Den eneste forskjellen mellom lyset du kan se og de eksemplene du nevner er frekvensen til bølgene. Forresten kalles alle lyskvanter for fotoner (ref: Websters ), og da mener jeg lys som i generell EM.

 

Usynlig lys er også lys

[SeaLion]

Forresten kalles alle lyskvanter for fotoner (ref: Websters ), og da mener jeg lys som i generell EM.

Så i ditt fagområde kalles ikke kvantesprang for kvantesprang, men for "fotonsprang"?

Kvantene kommer fra kvantemekanikken, og der brukes egentlig ikke ordet fotoner i det hele tatt lengre, kun ordet kvanter.

[Donnie Darko]

Jeg har egentlig litt problem med å forstå dette, men SeaLion sin tekst synes jeg var litt vanskelig forklart, selvom den muligens var bedre i følge dere. Er det naturlig at jeg ikke skjønner det helt?

[SeaLion]

All EM-stråling, enten den kalles radiobølger, lys eller noe annet, overføres ved hjelp av ørsmå masseløse energipakker, såkalte kvanter. Disse energipakkene er mye mindre enn elektroner og andre elementærpartikler. Kvantene har en dobbeltnatur, de oppfører seg både som partikler og som bølger, samtidig. Bølgenaturen deres har en bølgelengde, alt etter hva slags atom som sendte ut kvantet.

 

Måten kvanter blir sendt ut på er ved såkalte kvantesprang. Når et elektron i atomet hopper fra et elektronskall og inn til det neste innenfor, så kalles dette et kvantesprang, og i samme øyeblikk frigjøres det en knøttliten energipakke, et kvant. For å få elektronet til å hoppe et hakk utover utover må atomet motta et kvant. Dess lengre ut i atomet elektronet befinner seg, dess mere energi har det, og når det hopper innover så sender altså atomet ut EM-stråling i form av kvanter.

 

Når vi ser lys eller når radioen mottar radiobølger så er det kvanter som treffer mottagerne. I øyet oppstår det nerveimpulser som sendes til hjernen når kvanter treffer stavene eller tappene i øyet, og i hjernen blir nerveimpulsene tolket som bilder. I radioantenna oppstår det elektriske impulser når kvanter treffer antenna. Disse elektriske impulsene forsterkes og omdannes til lyd.

 

EM-stråling overføres altså ved hjelp av verdens minste energipakker, og disse kalles altså kvanter (eller fotoner).

[Maelwedd]

Så i ditt fagområde kalles ikke kvantesprang for kvantesprang, men for "fotonsprang"?

Kvantene kommer fra kvantemekanikken, og der brukes egentlig ikke ordet fotoner i det hele tatt lengre, kun ordet kvanter.

Man bruker vel ikke ordet "foton" så mye i kvantemekanikken, den er grei. Det jeg ville fram til var at hvis man først snakker om fotoner, så gjelder det alle frekvenser, tilogmed de usynlige.

De kvantene som har bølgelengder på mellom 400 og 750 nm (nanometer) er ansvarlig for den EM-strålingen vi kaller synlig lys, og disse kvantene kalles derfor ofte for fotoner.

Her hørs det ut som om du mener at kun synlig lys blir kalt fotoner. Det er bare misvisende.

Mitt fagområde er forresten fotonikk, snart ferdig med en Mastergrad.

 

Jeg er nå ikke så veldig inne i kvantemekanikk. Jeg trodde kvantesprang refererte til ting som skjer i kvantesystemer, jeg er ikke sikker på hvordan et lyskvant skulle gjøre/oppleve et kvantesprang?

 

Commencal: Begge har riktig, men SeaLion forklarte ting litt mer teknisk. Akkurat nå krangler vi bare litt om terminologien. Og det er vel ingen som har sagt at det er helt enkelt å forstå heller.

 

Prøv å sammenlign lys med lyd:

Tenk deg at du har en høyttaler som spiller et passe jevnt musikkstykke. Du står i den andre enden av rommet, med ryggen til. Så kommer det noen og setter et stor madrass rett foran høyttaleren. Nå kan du se på høyttaleren som EM-kilden (en stjerne) og madrassen som noe som absorberer deler av den strålinga (atmosfæren i en planet). Selv om du ikke kan se madrassen, så kan du høre at det skjedde noe, du mistet deler av lydbildet. Hvis du hadde hatt noen avanserte instrumenter i stedet for ørene dine, kunne du plukket ut akkurat hvilke deler av spekteret som forsvant, og på den måten få et innsyn i hva det var som blokkerte for lyden. Sånn er det på en måte når vi ser opp i verdensrommet. Vi ser lyset fra stjernene, men siden planetene ikke sender ut eget lys, kan vi bare se hva som skjer når de kommer i veien for lyset.

Dopplereffekten har du også for lyd, nemlig at lyd som "kommer mot deg" høres ut som enn den er lysere (høyere frekvens) enn den samme lyden som "drar fra deg". Tenk deg for eksempel at du står på sidelinja på en racerbane, når bilene kommer mot deg, hører du en lysere lyd, mens når de kjører forbi deg blir den mørkere.

[SeaLion]

Her en utmerket lydfil for å illustrere dopplereffekten, et tutende tog som passerer. Legg merke til hvordan tonehøyden på tuta endres i det øyeblikket toget passerer:

http://home.online.no/~selode/hjelp/doppler-train.mp3

[kyrsjo]

<rant>

 

Fotoner (slik som det presenteres før du har om dem i kvantemekanikk) er forøvrig en fæl pedagogisk løgn... Slik det presenteres, så høres det ofte ut som et foton er en liten pakke med lys, eller i beste fall: En slags (gaussisk) bølgepakke... Noe som ikke stemmer.

 

Når du har et foton i en tilstand, så mener du egentlig at du har ett kvant stående bølge (dog med en forventningsverdi for E- og B-felt = 0...) med den gitte bølgelengden/frekvensen/energien, i det rommet du snakker om. Om du er inne i "gasstanken" inne i en laser har du en viss avstand mellom hver tillatte bølgelengde (fordi du kun kan ha bølgelengden = 1/2 lengden på kammeret, eller 1 / et heltallig multippel av dette), om du snakker om hele verdensrommet går lengden -> uendelig, så du kan ha alle mulige bølgelengder - spekteret blir kontinuerlig.

 

Det som er verd å merke seg, er at et foton er overalt - på en gang. Noe som på grunnleggende nivå kan forstås ved at deltaP*deltaX = ħ/2, og deltaP -> 0... Men dette betyr også at du aldri har ekte, rene fotontilstander i det frie rommet... Du har altid en "miks" av mange kvantetilstander med litt ulik energi, slik at lyset ditt er lokalisert.

 

</rant>

[SeaLion]

Vil bare si tusen takk for gode svar. Sitter her å grubler over en annen ting jeg sliter med å finne svar på. Hvordan kan egentlig elektromagnetisk stråling fra verdensrommet tolkes?

EM-strålingen kommer fra ulike kilder, og når vi snakker om synlig lys, så er det lett for oss å skjønne at vi meget presist kan retningsbestemme hvor lyset kommer fra. Dermed kan vi, i hvert fall i prinsippet, analysere lyset fra enkeltstjerner. Og som vi har redegjort for i denne tråden, så kan vi ut fra lyset se hva slags stoffer lyset har passert underveis, og om lyskilden forsvinner fra oss eller kommer mot oss.

 

Men ved å bruke hele EM-spekteret, det vil mest radiobølger fordi Jordas atmosfære filtrerer bort mesteparten av annen EM-stråling, så kan vi analysere andre bølgelengder enn synlig lys og dermed få flere opplysninger om lyskildene. Ved å kombinere radiobølgebildene med lysbildene kan vi få flere opplysninger om stjernenes "fysiologi". Ved å bruke Hubble-teleskopet, som går i bane ute i verdensrommet og derfor kan se annen EM-stråling som f.eks røntgen, infrarødt og gammastråling, så kan vi få enda flere opplysninger om ei interessant stjerne.

 

I tillegg kan vi selvsagt måle sideveis forflytning ved å se på bilder tatt på ulike tidspunkt. Men dette er selvsagt mest brukbart på forholdsvis nære objekter, dess lengre unna et objekt er dess vanskeligere blir det å registrere en sideveis forflytning.

 

Hvis stjernen beveger seg i sirkelbevegelser, f.eks rundt en an annen stjerne, eller bare rugger på seg fordi det går en stor planet rundt den, så kan man også måle endringer i dopplereffekten ved at rødforskyvningen varierer litt i faste perioder.

 

Dessuten kan vi finne exoplaneter (planeter rundt andre stjerner) ved å se om lysmengden fra stjerna varierer. Hvis stjernelyset blir f.eks 1‰ svakere i noen timer, så betyr det at noe passerte foran stjerna, og dette noe skygget for 1‰ av stjernas lys mot oss. Hvis planeten har atmosfære, så kan vi skimte svake absorbasjonslinjer i lyset fra stjerna som spor etter stoffene i planetens atmosfære.

 

Det finnes en mengde slike EM-stråleanalyser som kan gi oss mye mer kunnskap om fjerne objekter enn bare det å fotografere de.

 

I tillegg er det også et prosjekt som bruker ledig tid på radioteleskopene til å lytte etter radiobølger fra verdensrommet i håp om å finne signaler fra en eller annen utenomjordisk sivilisasjon. Det meste de mottar er å regne som støy, men de analyserer alt i håp om å finne noen signaler som skiller seg ut, signaler som i tilfelle er forholdsvis ordnet og regelmessige, slik våre egne radiosignaler er. Dette prosjektet kalles SETI (Search for Extra-Terrestrial Intelligence) og de har nå holdt på i snart femti år uten å finne noe som helst.

http://en.wikipedia.org/wiki/SETI

[Donnie Darko]

Da er alt i boks, og tusen takk for hjelpen deres (:

[Dj_pettah]

Hei,

 

Jeg vet ikke helt hvor gammelt og "utdatert" dette emnet er. Men jeg må bare utnytte sjansen til å takke Sealion og Maelwedd for de gode beskrivelsene. Jeg hadde et prosjekt om Dopplereffekten med dybde i problemstillingen "Hvordan kan elektromagnetisk stråling for verdensrommet tolkes og gi informasjon om verdensrommet?". Jeg liker hvordan Commencal tok det spørsmålet rett ut kompetansemålet til den nasjonale læreplanen

Anyway, å kombinere deres to tekster samt med litt ekstra bakgrunnforskningen var alt som trengtes til å lage en god presentasjon. Takk for det!

 

For de som er interessert i å ha en forståelig "sammendrag" av de mange forklaringene,,, her:

 

Stjerner sender ut store mengder EM i from av kvanter. Kvanter er ørsmå masseløse energipakker som blir sendt ut ved kvantesprang. Som vi lærte ved nordlys, er kvantesprang når et elektron hopper fra et elektronskall til det neste innenfor. Den energien som frigis er et foton, som er lys på det elektromagnetiske spekteret. Ikke bare synlig lys, men også varmestråling, UV-lys, mikrobølger, røntgen, gammastråler og radiobølger. Jeg benytter meg av fotonske begreper, så når jeg sier lys, mener jeg alt av EM-stråling.

 

Eksempel: Stjernen Altair er den lyseste stjernen stjernebildet Ørnen. Den er av de nærmeste stjernene som er synlig for det blotte øyet, og ligger 17 lysår unna Jorden. Den sender ut elektromagnetisk stråling. For eksempel synlig lys og varme, i form av infrarød stråling. Strålingen farer gjennom verdensrommet, i alle retninger, også mot jorden. Mellom stjernesystemet vårt, og stjernen Altair, er det for eksempel en planet i veien som strålingen må forbi. Når strålingen kommer inn i atmosfæren til den planeten, vil de kjølige gassene absorbere fotoner i spesifikke bølgelengder. Ut ifra emisjonsspekteret til planeten, vil det da dannes karakteristiske fingeravtrykk på lysspekteret som skal videre. Hvert stoff has sitt eget fingeravtrykk. Når strålingen når frem til jordkloden, har vi teknologien til å analysere grunnstoffene strålingen har vært utsatt for.

 

Lyset i stjerner oppstår i stjernens indre og et par absorbasjonsavtrykk oppstår alltid i det lyset går gjennom sin egen atmosfære og passerer kjøligere hydrogen og helium (som stort sett alltid befinner seg i stjernenes atmosfære). Ved å se på spektrallinjene (frekvensene til det utsendte lyset) kan vi se hvordan den stjernen produserer lyset sitt. Hvilke grunnstoffer som er i den, og hvilke prosesser som foregår.

 

Innenfor atmosfæren vår tyder vi EM-strålingen ved å se på radiobølgene, fordi at annen elektromagnetisk stråling filtreres bort i vår atmosfære. Derimot, ved ta i bruk teleskoper i verdensrommet kan vi se annen EM-stråling som for eksempel røntgen, infrarødt og gammastråling, så kan vi få enda flere opplysninger om en interessant stjerne. Mulighetene er nesten ubegrenset!

 

Dopplereffekten er noe som oppstår når kilde og mottaker beveger seg i forhold til hverandre. Dette vil si at lys som kommer fra en stjerne som beveger seg vekk fra oss blir "rødskiftet" (ser ut som om det har mindre frekvens) og fra stjerner som beveger seg mot oss blir det "blåskiftet" (ser ut som om det har større frekvens). Disse forskyvningene gjør det faktisk mulig at ultrafiolette-strålingen blir synlig ved blåforskyvning, og en liten del IR-stråling blir synlig ved rødforskyvning.

[SeaLion]

Dette så bra ut, det var bare et par skjønnhetsfeil:

Innenfor atmosfæren vår tyder vi EM-strålingen ved å se på radiobølgene, fordi at annen elektromagnetisk stråling filtreres bort i vår atmosfære.

Vi kan også studere synlig lys. Det er altså to "observasjonsvinduer" i atmosfæren, og derfor har vi både optiske teleskoper og radioteleskop på bakken.

 

Disse forskyvningene gjør det faktisk mulig at ultrafiolette-strålingen blir synlig ved blåforskyvning, og en liten del IR-stråling blir synlig ved rødforskyvning.

Omvendt. Ved rødforskyvning så blir noe av det opprinnelige UV-lyset til synlig lys (det blir "rødere"). Og ved blåforskyvning blir litt av den infrarøde varmestrålingen til synlig lys.

[Dj_pettah]

Ahhh...

 

Fikk en 5+ på presentasjonen, og læreren så ikke den groteske feilen (skjønnhetsfeil du liksom ).

Gudskjelov for brøddumme lærere... Men igjen, takk for all hjelp!

 

Men en ting til som jeg ikke fikk til å stemme. En av dere sa at med måleinstrumenter i verdensrommet (Hubble-teleskopet) kunne man blant annet måle røntgen, infrarødt og gammastråling, men dette er jo stråling med veldig kort rekkevidde, hvordan kan det nå helt frem til oss?

Endret 13. april 2009 av Dj_pettah

[kyrsjo]

Hubble kan vel kun måle ting rundt synlig lys. Andre instrumenter (Chandra?) måler Röntgen, og andre igjen IR, gamma etc.

 

Kort rekkevidde har kun stråling når det har noe å "krasje" i, og det er det heller lite av i verdensrommet.