Die Spektralanalyse

Das Grundprinzip, um Spektren zu erhalten, ist die Brechung von elektromagnetischen Wellen. Die Geschwindigkeit jeder e.m. Welle (diese beträgt im Vakuum Lichtgeschwindigkeit) wird in jedem Medium, wie zum Beispiel Glas, abgebremst und durch diese Verlangsamung immer innerhalb des Mediums zur Senkrechten hin gebrochen. Je nach Wellenlänge wird das Licht mehr oder weniger gebrochen. Beim sichtbaren Licht wird oft ein Prisma benutzt, um dieses in einzelne Wellenlängen zu zerlegen.

Es gibt jedoch noch andere Geräte, die sichtbares Licht oder andere Strahlung in ein Spektrum zerlegen können. Einmal der Interferenzspektralapparat, in dem die Strahlung durch einen Doppelspalt geschickt wird. Dabei wirken die beiden Spalte wie zwei neue Lichtquellen, und die verschiedenen Wellengruppen überlagern sich und erzeugen dabei ein Muster aus dunklen und hellen Streifen auf dem Projektionsschirm.

Dieses Phänomen kann durch ein Beugungsgitter nochmals verstärkt werden; hierbei wird die Anzahl der Spalte stark vergrössert. Ein Beispiel für so ein Beugungsgitter in unserem Alltag wäre eine herkömmliche CD, in der es tausende kleine Ritzen gibt. Sie sind für die "Farbenpracht" verantwortlich, wenn man die CD ins Licht hält. Die Farben eines Spektrum geben allein aber noch keine Aussage über die Lichtquelle.

Ein normal erhitzter Körper sendet Strahlung aus, die, je nach Temperatur, alle möglichen Frequenzen haben kann. Im Gegensatz dazu haben pure Elemente ein ganz bestimmtes Linienspektrum, das bei einem bestimmten Element immer gleich aussieht. Das Spektrum zum Beispiel von dem kleinsten Atom, Wasserstoff, hat vier Linien im sichtbaren Bereich (Balmer-Serie) und noch viele für unser Auge nicht sichtbare Linien im ultravioletten und infraroten Bereich des e.m. Spektrums.

Wie schon voher erwähnt, kann das Elektron im Wasserstoffatom (als Beispiel) bei Zufügung von Energie, in eine höhere Schale springen, die vom Kern noch weiter entfernt ist. Dieser Zustand ist jedoch unstabil; deswegen fällt das Elektron schnell in die tiefere Schale zurück. Bei diesem Vorgang wird die zuerst aufgenommene Energie wieder freigelassen. Ein Elektron zum Beispiel in einem Wasserstoffatom bräuchte 10.2 eV, um in das nächst höhere Energielevel zu gelangen.

Mit diesem Wissen und mit der Hilfe des Dopplereffektes, der für das ganze elektromagnetische Spektrum gilt, lässt sich viel über Bestandteile in der Atmosphäre von fern gelegenen Sternen sagen. Auch bestimmte Moleküle in Gaswolken und fernen Galaxien können damit identifiziert werden.