Aula 3
A Astronomia e os espectros – uma outra perspectiva da luz
Nesta aula continuaremos discutindo sobre a luz e também sobre algumas formas de obter informações relevantes a partir dela.
Começamos com uma atividade de combinação de imagens do mesmo objeto obtidas com diferentes filtros utilizando o software SalsaJ.
Ao se decompor a Luz proveniente de uma fonte astronômica pode-se obter informações a respeito de sua composição química. Mas como?
Caráter corpuscular da luz
Para compreender como utilizaremos a luz para entender a composição química das estrelas, deixamos de ver a luz como uma onda e também recorremos ao modelo atômico de Bohr.
A luz é composta de partículas chamadas fótons, cada fóton tem uma energia associada que está ligada diretamente com o comprimento de onda da Luz correspondente.
Relação entre os diversos comprimentos de onda do espectro eletromagnético e os fótons associados. FONTE: adaptado de mynasadata.larc.nasa.gov. |
Lembrando-nos do modelo de Bohr para o átomo de Hidrogênio, no qual a energia dos elétrons não assume qualquer valor, apenas valores permitidos, percebemos que quando um átomo realiza uma transição de um nível de energia mais alto para um nível de energia mais baixo ocorre a liberação de energia sob a forma de Luz – um pacotinho de Luz chamado fóton.
 Liberação e absorção de fótons por um átomo genérico. FONTE: Camila Debom. |
Clique aqui para ver uma simulação dos diversos modelos atômicos para o átomo de Hidrogênio que procura explicar a emissão e absorção de fótons por um átomo.
O espectro de emissão e de absorção do átomo é como a impressão digital dele. Pois as diferenças de energia entre níveis são únicas para cada átomo.
É com base nessa impressão digital que se estuda a composição química das estrelas.
 Linhas de emissão e absorção para o átomo de hidrogênio. FONTE: promma.ac.th. |
Nem toda a luz que uma estrela emite chega até nós. E a parte que não chega, nos permite inferir sobre sua composição química e sua temperatura superficial
O que ocorre é que parte da luz que a estrela emite é absorvida pelo gás nas camadas mais frias da estrela.
Muitos elementos absorvem e emitem mais luz em uma determinada temperatura; portanto, a essa temperatura, suas linhas de absorção e de emissão são mais fortes. Daí, conhecendo as linhas de absorção de cada átomo, podemos obter informação sobre a composição e a temperatura da estrela.
 Leis de Kirchhoff do estudo dos espectros. FONTE: astro.if.ufrgs.br. |
Para ver os espectros de emissão e absorção de cada elemento químico, clique aqui e acesse um applet.
Então, com base em seu espectro de absorção, as estrelas são divididas em classes espectrais, que também são classes de temperaturas.
 Linhas de absorção de estrelas de acordo com a classe espectral. FONTE: astro.if.ufrgs.br. |
Agora que entendemos que a luz apresenta tanto características corpusculares quanto ondulatórias, podemos estudar a interação da Luz com a matéria – algo que também tem implicações astronômicas.
Absorção da luz
Os fótons de luz incidente são absorvidos por átomos do meio em que a luz viaja, podendo ser reemitidos ou não.
A absorção depende basicamente de dois fatores: o meio no qual a luz está viajando e a energia dos fótons (lembrando que a energia está associada inversamente com o comprimento de onda e que, no óptico, isso é um indicativo da cor).
No caso de não haver reemissão dos fótons absorvidos, a energia carregada pelos fótons é convertida em outra forma de energia, que não luminosa.
 Fótons absorvidos por uma nuvem. FONTE: Camila Debom. |
Havendo reemissão, temos o fenômeno do espalhamento.
Espalhamento da luz
No espalhamento, os fótons que incidem em uma direção são espalhados ou desviados para outras direções.
Geralmente ocorrem absorção e espalhamento concomitantemente, ou seja, parte da energia do fóton é absorvida e parte é reemitida em outra direção.
Fótons espalhados por uma nuvem. FONTE: Camila Debom. |
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