Hidrogénszínkép – Hubble-vöröseltolódás Nagy Sándor honlapjára A Tékába, mely ehhez hasonló animációkhoz/szimulációkhoz vezet Nagy Sándor webhelyén

Az applet készítője Prof. Fu-Kwun Hwang, az NTNUJAVA Virtual Physics Laboratory "frontembere", aki engedélyezte és segítségével is hozzájárult, hogy ez a magyarított verzió felkerülhessen ide.
The applet has been created and kindly provided by Prof. Fu-Kwun Hwang, of NTNUJAVA Virtual Physics Laboratory . He has also been very helpful with the preparation of the Hungarian version. Thanks for it.
A fenti applet két fontos dolgot demonstrál egyszerre: (1) a hidrogén atomi szinképének eredetét és (2) az Univerzum/tér tágulása által okozott vöröseltolódást a távoli csillagok spektrumvonalaiban. (Az applet egyes gépeken angol felirattal jelenhet meg hibás távolságegységgel. Ebben az esetben a magyar indítási képet tekintsük mérvadónak.)

1. A hidrogén színképvonalainak értelmezése

A hidrogén-spektrumvonalak λ hullámhosszát a következő képletből számíthatjuk ki:

1/λ = RH (1/n12 – 1/n22), ahol RH = 1,0973732×107 m–1 a hidrogén Rydberg-állandója.

A bal oldali két vízszintes csúszka közül a felsővel az n1 főkvantumszámot választhatjuk ki (ez a kisebb), az alatta lévővel pedig az n2-t (ez a nagyobb). A program nyomban kirajzolja az n1-hez tartozó vonalsorozatot:

n1 = 1 – Lyman-sorozat (UV: ultraibolya)
n1 = 2 – Balmer-sorozat (közeli UV és látható fény)
n1 = 3 – Paschen-sorozat (IR: infravörös)
n1 = 4 – Brackett-sorozats (IR)
n1 = 5 – Pfund-sorozat (IR)

A jobb oldali függőleges csúszkával állítani lehet a legnagyobb ábrázolt hullámhosszhoz tartozó xmax értékét, hogy minden vonalat jól lássunk. Az n2n1 átmenetnek megfelelő vonal vastagabban van rajzolva és a teteje nyílban végződik. Ez az átmenet a bal oldali diagramon is megjelenik, hogy lássuk, mi mivel tartozik össze. A bal egérgombbal (+) az applet területére kattintva két nézet között váltogathatunk: az egyik szivárványszínű sávval jelzi azt a hullámhossztartományt, amelyik az emberi szem számára látható. (Közben sárga mezőben felbukkannak a kurzor koordinátái a kattintás alkalmával.)

2. A Hubble-törvény és a vöröseltolódás

Köztudott dolog, hogy a világegyetem (pontosabban: a tér) tágul, amit két dimenzióban léggömb-analógiával szoktak szemléltetni. Aki tud angolul, az nézze meg a forrást , ahonnan a GIF-et vettem, mert a szerző rávilágít az analógiából fakadó félreértésekre és sok más kozmológiai kérdésre is (bár a 42 nem jön ki neki mint végső válasz , amit fájlal):

A színes “kukacok” fotonok. Figyeljük meg, hogy a tér tágulása közben a sebességük (c) állandó marad, csak a színük tolódik el fokozatosan a kékesből a vöröses felé. A sárga, nem táguló foltok galaxisokat szimbolizálnak.
© 1996-2009 Edward L. Wright

A tér tágulása miatt a távolból jövő fény spektrumvonalai vöröseltolódást szenvednek. Nem túl távoli fényforrásra a z (kozmológiai) vöröseltolódás:

z = (λmegf λ0) / λ0,

ahol λ0 az emittált fény eredeti hullámhossza, λmegf pedig ahogyan a földi megfigyelő észleli. Nem túl távoli objektumok esetében a vöröseltolódáshoz egy u távolodási sebességet rendelhetünk a c fénysebességhez képest:

z = u / c.

Minél messzebb van egy égi objektum, annál nagyobb az észlelt vöröseltolódás. Az u távolodási sebesség és a D távolság a Hubble-törvény szerint egyenesen arányos egymással:

u = H0 D,

ahol H0 ≈ 74,2 km s–1/Mpc a Hubble-állandó.

A középen lévő vízszintes csúszkával állítani lehet egy csillag Földtől mért távolságát. A csúszka alatt leolvasható, hogy a beállított távolsághoz mekkora távolodási sebesség tartozik. A program ebből kiszámítja a spektrumvonalak eltolódását, és nyomban kirajzolja azt a hidrogénspektrumot, amelyet a csillagfény elemzésekor észlelnénk. Minthogy a vonalak jobbra tolódtak a szivárványhoz képest, világos, hogy mért hívják a jelenséget vöröseltolódásnak.

Figyeljük meg, hogy a spektrumvonalak nem egyforma mértékben tolódnak el: nagyobb hullámhosszaknál nagyobb a hullámhossznövekedés. (Ugyanígy: nagyobb frekvenciákon nagyobb a frekvenciacsökkenés.)


Vissza Nagy Sándor honlapjára. Releváns |tIt| kínálat: Asimov Téka

Látogatószám 2013.02.21. óta:

site counter