스펙트럼의 종류와 용도: 연속 스펙트롬, 선 스펙트럼, 흡수 스펙트럼에 대하여...

[공통 과학] 스펙트럼(spectrum)의 종류와 특징


우주의 원소를 연구하는 데 필수적인 기술

빛은 다양한 파장의 전자기파의 모임이다. 스펙트럼은 빛이 분광기를 통과할 때 다양한 빛의 파장이 서로 다른 굴절율로 인해 분해되어 나타는 색의 띄를 뜻한다. 우주의 원소를 연구하는 용도로 사용되는 스펙트럼에 대해 알아보자.

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스펙트럼과 우주의 원소

스펙트럼의 종류

고등학교 공통 과학에서 다루는 스펙트럼의 종류는 연속 스펙트럼, 선 스펙트럼 ,흡수 스펙트럼이 있다.

    연속 스펙트럼

연속 스펙트럼은 백열전구 같은 고온의 백색광을 프리즘으로 통과 시키면 나타는 연속된 스펙트럼이다. 
모양: 무지개 같은 연속된 색의 띄

연속 스펙트럼

원리: 연속적인 파장의 빛이 각각 다른 굴절율로 굴절하여 연속적인 띠로 나타남

    선 스펙트럼

선 스펙트럼은 고온의 기체에서 방출하는 빛을 프리즘에 통과 시키면 나타나는 불연속적인 스펙트럼이다.
모양: 검은색 바탕에 밝은색 방출선

선 스펙트럼

원리: 원소들은 제각각 에너지 준위가 고정되어 있어 항상 같은 에너지에서 흡수선과 방출선이 나타난다.  

    흡수 스펙트럼

고온의 백색광에서 방출된 빛을 저온의 기체를 통과시키면 나타나는 불연속적인 스펙트럼이다.
모양: 연속 스펙트럼 위에 검은색 흡수선이 나타남

흡수 스펙트럼

원리: 연속된 파장의 빛의 집합체인 백색광에서 특정 파장대의 빛이 저온의 기체에 흡수되면서 사라져 검은색으로 나타난다.

원소의 종류를 알아낼 수 있다.

특정 별의 빛이나 원소 등의 선 스펙트럼이나 흡수 스펙트럼을 분석하면 원소의 종류와 질량비를 알 수 있다. 각각의 원소들은 고유한 에너지 준위를 갖기 때문에 미지의 스펙트럼과 원소의 스펙트럼을 비교하면 어떤 원소가 포함되었는 지 알 수 있다. 

원소의 질량비도 알 수 있다.

스펙트럼에 나타나는 흡수선/방출선의 세기는 원소의 밀도와 비례한다. 따라서 각 선폭을 비교하면 구성 원소들의 질량비를 알 수 있다.

우주에 존재하는 수소와 헬륨의 질량비

우리가 우주에 존재하는 원소들의 주 성분이 수소와 헬륨인 것은 스펙트럼 분석을 통해 알아낸 결과이다. 우주 전역의 스펙트럼을 분석한 결과 수소가 약 74%, 헬륨이 약 24%를 차지하고 있다고 한다. 이는 빅뱅 우주론에서 예측한 이론값과 일치하는 실험값이다.

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