نسخة الفيديو النصية
رصد عالم فلك طيف الضوء المرئي المنبعث من نجم بعيد. توجد بين الأرض والنجم سحابة ضخمة من الغبار والغاز. يبعث النجم طيفًا متصلًا من الضوء الأبيض، لكن بعضًا من الضوء تم امتصاصه بواسطة السحابة. يوضح الشكل طيف الضوء الذي رصده، إضافة إلى أطياف الامتصاص لعدة عناصر نقية. أي من العناصر الخمسة الموضحة يمكن أن تتكون منها السحابة؟
عندما نفكر في الأطياف التي تنبعث من الجزيئات أو العناصر النقية، يجب أن ندرك أن أطياف الانبعاث والامتصاص فريدة لكل ذرة أو جزيء. يرجع ذلك إلى أن الأطياف التي تنبعث من الذرات والجزيئات تكون نتيجة لانتقال الإلكترونات بين مستويات الطاقة داخل هذه الذرات أو الجزيئات. ونظرًا لأن كل نوع من الذرات أو الجزيئات له بنية فريدة لمستويات الطاقة، فإن الأطياف التي تنبعث من هذه الذرات أو الجزيئات تكون بدورها فريدة. وهذا يعني أيضًا أنه بمقارنة الأطياف، يمكننا تحديد الذرات أو الجزيئات التي تتكون منها عينة محددة.
على وجه التحديد، عندما يكون لدينا خليط من الذرات أو الجزيئات، فإن الطيف الكلي سيكون مزيجًا من أطياف الذرات أو الجزيئات التي يتكون منها الخليط. من المهم أن نفهم أن هذا ينطبق تحديدًا على الخليط، مثلما يحدث عندما نخلط الهيدروجين والأكسجين. لكن إذا تفاعل الهيدروجين والأكسجين لتكوين ماء، فإن الطيف الناتج سيتغير؛ لأن مستويات طاقة الإلكترونات في الماء تختلف عن مستويات طاقة الإلكترونات في الهيدروجين أو الأكسجين.
على أية حال ما علينا فعله الآن هو مقارنة الأطياف الخمسة الموضحة بالطيف المرصود. هذه أطياف امتصاص، وهو يعني أن السمات المميزة لكل عنصر متمثلة في الخطوط المظلمة في كل طيف. أما إن كانت هذه الأطياف أطياف انبعاث، وليست أطياف امتصاص، فستكون السمات المميزة لكل عنصر متمثلة في الخطوط نفسها في الأماكن نفسها. لكننا سنرى خطوط انبعاث مضيئة، وسيكون ما بينها مظلمًا. وذلك لأن الذرات والجزيئات تبعث الضوء بنفس الأطوال الموجية التي تمتصه بها تمامًا.
على أية حال ما علينا فعله هو مقارنة الخطوط المظلمة في الأطياف الخمسة المعطاة بالخطوط المظلمة في الطيف المرصود.
لنبدأ بالخيار الذي يمكننا استبعاده على الفور. يحتوي النيتروجين على مجموعة كبيرة من الخطوط في الجزء الأحمر من الطيف. هذه الخطوط غير موجودة نهائيًّا في الطيف المرصود. في الواقع، هناك عدد من السمات الخاصة بطيف النيتروجين غير موجودة في الطيف المرصود، مثل هذه المجموعة الأخرى من الخطوط في المنطقة الحمراء أو هذا الخط المزدوج في المنطقة الخضراء، وغيرها. أي سمة من هذه السمات تكفي لأن نعرف أن الطيف المرصود لا يتضمن النيتروجين.
وبالمثل يوجد في الكربون خط امتصاص عريض، وهذا الخط غير موجود أيضًا في الطيف المرصود. وعليه، فإن الكربون ليس أحد العناصر التي تتكون منها السحابة. ومرة أخرى، يكفي عدم وجود أي من خطوط طيف الكربون في الطيف المرصود؛ لنعلم أن الكربون غير موجود في السحابة.
يمكننا أيضًا استبعاد الأكسجين بالطريقة ذاتها. للأكسجين عدة سمات في الجزأين البرتقالي والأخضر من الطيف غير موجودة في الطيف المرصود. وعليه، فإن الأكسجين ليس أحد العناصر.
لكن الوضع مختلف بالنسبة للهيدروجين. كل خط في طيف الهيدروجين يتطابق تمامًا مع أحد الخطوط الموجودة في الطيف المرصود. إذن، الهيدروجين هو أحد الغازات التي تتكون منها السحابة.
عندما ننظر إلى الهليوم، نلاحظ أيضًا أن كل خط من خطوط طيف الهليوم يتطابق تمامًا مع أحد الخطوط في الطيف المرصود. ومن ثم، فالهليوم هو أيضًا أحد العناصر الموجودة في السحابة.
ختامًا: نلاحظ أنه باختيار الهيدروجين والهليوم نكون قد طابقنا جميع خطوط الطيف المرصود، وهو ما يعني أننا قد طابقنا الطيف بأكمله؛ وعليه فإن العنصرين اللذين تتكون منهما السحابة هما الهيدروجين والهليوم.
