Hvordan opstår fotoner? – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Niels Bohr Institutet > Spørg om fysik > ? om Astrofysik > Hvordan opstår fotoner?

22. september 2012

Hvordan opstår fotoner?

Hej Spørg om Fysik
Når en gassky trækker sig sammen, udsendes stråling i form af fotoner. Hvordan opstår disse fotoner? Jeg tænker specifikt på en sky af neutrale brint-molekyler, som kun er påvirket af tyngdekraften, og som udstråler termisk stråling.

Med venlig hilsen
M J

Når man opvarmer en gas, betyder det, at middelhastigheden af molekylerne stiger se også Hvornår begynder udvikling af varme under kompres-sion? Temperaturen måles principielt ud fra denne middelhastighed.

I denne situation kommer opvarmningen ved at tyngdekraften får gasmolekylerne til at klumpe, og efterhånden eventuelt danner de sole eller planeter ved at tiltrække de omgivende gasser. Derved komprimeres gassen og opvarmes. Når det drejer sig om sole når opvarmningen millioner af grader afhængigt af gasskyens størrelse.

Kontinuert- emissions- og absorptionsspektrum

Når middelhastigheden øges, bliver sammenstødene imellem molekylerne også voldsommere efterhånden som temperaturen stiger. Det betyder, at på et eller andet tidspunkt begynder elektronerne omkring atomer og molekyler at blive slået op i højere energitilstande, eller der sker ionisering, dvs. elektronen bliver slået helt væk fra atom eller molekyle. Når elektronerne falder ned igen fra de anslåede tilstande eller elektronerne bliver indfanget igen af ioniserede atomer eller molekyler, frigøres der energi i form af lys (også langt udenfor det synlige område til både længere- og kortere bølgelængde). Kikker man på en sådan stor gas-sky, bliver den i reglen være uigennemsigtig i et stort spektralområde, dvs. den vil blive opfattet som et glødende legeme. Det gælder f.eks. vores egen sol, som faktisk er en gas-sky, der er varm. Den lyser nærmest med en energifordeling, som er en så kaldt planckkurve se:

Stjernespektre

Planckkurvernes tops placering i bølgelængde er metode, som man ofte anvender til at måle stjerners overfladetemperatur. Altså en stor varm gas-sky har samme egenskaber strålingsmæssigt, som en sort glødende metalkugle ville have. Fra de tyndere ydre dele af skyen kan man få et emissionsspektrum, som har lysende spektrallinjer svarende til de indgående gasser. Dette gælder også solen, hvis overflade er tæt på at være et glødende legeme, og hvor de tyndere gasser udenom giver kan give linjespektre, emissionsspektre. Når lyset inde fra solen går igennem de gennemsigtige gasser får man absorptionsspektrum dvs. alle farver men med mange tynde sorte linjer igennem. Både emissionsspektre og absorptionsspektre bruges af astronomerne til at bestemme, hvilke stoffer der er i stjernerne.

Drejer det sig derimod om en tynd ret gennemsigtig gas-sky støder atomer og molekyler ikke så tit sammen, selv om den skulle blive noget opvarmet. Hvis skyen er gennemsigtig, vil man bortset fra baggrunden så i reglen få stoffernes spektrallinjer at se og ikke nogen sammenhængende planckkurve. Her vil man også se, at gassen optager de linjer fra baggrundslyset, som svarer til de stoffer, der er i gassen, man får igen det man kalder et absorptionsspektrum.

Gassky i universet

Dette sidste bruger astronomerne bl.a. til at se interstellar gas, idet man ser hvilke spektrallinjer, der absorberes fra lyset af fjerne stjerner. På grund af de enorme afstande i rummet kan man se gasser, som kun har få atomer eller molekyler pr. kubikcentimeter.

Fotonerne opstår altså fordi stoffer opvarmes, ioniseres, indfanger elektroner eller støder sammen. Tilsvarende kan lys blive fjernet ved dets passage af gasskyer i rummet eller omkring en stjerne.

Med venlig hilsen
Malte Olsen