Spektrs

Spektrs (: ‘skatīties’) ir nozīmju kopums un/vai to sadalījums pa jebkādu parametru, kuru var pieņemt novērojamais lielums.

Tā kā pirmie tika iegūti optiskie spektri (kas atspoguļojās pašas etimoloģijas vārdā), tad līdz šim terminu spektrs lieto "vēsturiskajā" nozīmē — izstarojuma vai daļiņu plūsmas sadalījums pa viļņu garumiem vai enerģijas līmeņiem.

Enerģija spektros 
Gaismas avotam ir jāpatērē enerģija. Gaisma - tie ir elektromagnētiski viļņi ar viļņa garumu 4×10−7— 8×10−7m. Elektromagnētiskie viļņi ir izstarojami pie uzlādēto daļiņu paātrinātās kustības. Šīs uzlādētās daļiņas ietilpst atomu sastāvā. Bet nezinot kā ir izveidots atoms, neko nozīmīgu par izstarojuma mehānismu nevar pateikt. Skaidrs ir tikai tas, ka atoma iekšienē nav gaismas, tāpat kā klavieru stīgai nav skaņas. Līdzīgi stīgai, kura izdod skaņas tikai tad, kad ir uzsists ar āmurīti, atomi rada gaismu pēc ierosinājuma.
Tādēļ, lai atoms sāktu izstarot gaismu, viņam ir nepieciešams nodot enerģiju. Izstarojot, atoms zaudē saņemto enerģiju, un nepārtrauktai vielas spīdēšanai ir nepieciešama enerģijas pieplūde pie tā atomiem no ārpuses.
Siltuma izstarojums. Īpaši parasta un izplatīta starojuma aina - siltuma izstarojums, pie kura enerģijas zaudējums ar atomiem uz gaismas izstarojumu kompensējas uz atomu( vai molekulu) izstarojošā ķermeņa siltuma kustības enerģijas rēķina. Jo augstāka ķermeņa temperatūra, jo ātrāk kustās atomi. Pie ātru atomu sadursmes citam ar citu, daļa no to kinētiskās enerģijas pārvērtās par ierosinājuma enerģiju, kura pēc tam rada gaismu.
Siltuma izstarojuma avots ir Saule, kā arī parasta kvēlspuldze. Lampa ir ļoti ērta, bet mazekonomisks avots. Tikai 12% no visas enerģijas, ko izdala lampa ar elektrisko strāvu, pārvēršas par gaismas enerģiju. Siltuma gaismas avots ir liesma. Sodrēju daļiņas uzkarst uz enerģijas rēķina, kas izceļas sadedzinot kurināmo, un izdalot gaismu.
- Elektroluminiscence. Enerģija, kas ir nepieciešama atomiem gaismas izstarojumam, var aizgūt no avotiem, kas neizdala siltumu. Pie gāzes izlādes elektriskais lauks ziņo elektroniem par lielu kinētisku enerģiju.

Vēsturiskās liecības 
Vēsturiski visagrāk no visiem pārējiem spektriem tika iesākts pētījums par optisku spektru. Pirmais bija Izaks Ņūtons, kurš savā darbā "Optika" (iznācis 1704. gadā) publicēja savus pētījumu rezultātu sadalījumu ar baltās gaismas prizmu uz atsevišķiem komponentiem - dažādu krāsainību un refrakcijas spēju, tas ir saņēma saules izstarojuma spektrus un paskaidroja to dabu, parādot, ka krāsai ir personīga gaismas īpašība, nevis ar prizmu, kurā iešaujas gaisma, kā apgalvoja Rodžers Bekons 13. gadsimtā. Savas pieredzes gaitā par gaismas interferenci (Ņūtona gredzens) viņš arī radīja pirmo spektrālo tabulu saules gaismas krāsu robežām, noteicot atbilstošos viļņu garumus. Faktiski, Ņūtons ielika pamatus optikas spektroskopijai: "Optikā" viņš aprakstīja visus trīs šobaltdien izmantojamās metodes gaismas sadalīšanai - laušanu, interferenci un difrakciju un viņa prizma ar kolimatoru, spraugu un lēcu bija pirmais spektroskops.

Nākamais etaps pienāca pēc simts gadiem, kad Viljams Volastons 1802. gadā novēroja melnās līnijas saules spektrā, bet nepievērsa saviem novērojumiem uzmanību. 1814. gadā nejauši atklāja un sīkāk aprakstīja Fraunhofers (tagad līniju pārņemšana saules spektrā saucas Fraunhofera līnijas), bet nespēja izskaidrot to dabu. Fraunhofers aprakstīja vairāk kā 500 līnijas saules spektrā un atzīmēja līnijas D novietojumu blakus spilgti dzeltenajai līnijai liesmas spektrā.

Spektrālās pētījumu metodes 
1854. gadā Kirhofs un Bunzens sāka pētīt liesmas, kura bija iekrāsota ar dažiem metālu sāļiem, spektru.  Rezultātā viņi ielika pirmsākumus spektrālajai analīzei, pirmajai no instrumentāli spektrālajām metodēm — vienām no spēcīgākajām metodēm eksperimentālajā zinātnē.

1859. gadā Kirhofs publicēja nelielu rakstu "Par Fraunhofera līnijām" žurnālā "Ikmēneša ziņas par Berlīnes akadēmijas zinātni".
Sakarā ar maniem un Bunzena kopīgi veiktajiem pētījumiem par spektriem, kas apņem liesmu, pateicoties kuriem var noteikt vielu sarežģīto sastāvu, pēc to spektru veidiem, lodlampas liesmā, es veicu dažus novērojumus, kas noveda pie negaidīta slēdziena par Fraunhofera līniju izcelsmes un ļaujot pēc viņām spriest par lietisko saules atmosfēras sastāvu, un, iespējams, arī par spilgto stāvzvaigžņu sastāvu... 
 ...iekrāsotās liesmas spektros, kuros novērojamas gaišas, asas līnijas, tā novājina tās pašas gaismas starus, kas iet cauri tām, ka gaišo līniju vietā parādās tumšas līnijas, bet ja tikai aiz liesmas atrastos gaismas avots ar lielu intensitāti, spektrā kurā parasti šīs līnijas neeksistē. "Es tālāk noslēdzu - raksta Kirhofs, - ka saules spektrā tumšās līnijas nav pateicīgas par savu parādīšanos zemes atmosfērai, rodas tādu vielu klātbūtnē, kuras atrodas sakveldētajā Saules atmosfērā, kas liesmas spektrā dod tās pašas gaišās līnijas. Nākas pieņemt to, ka sakrītošās gaišās līnijas D parādās tādēļ, ka tur atrodas nātrijs, tāpēc saules tumšās līnijas D ļauj secināt, ka Saules atmosfērā atrodas nātrijs. Brjusters atrada liesmas spektrā Fraunhofera līniju vietā A, a, B gaišās līnijas. Šīs līnijas liecina par kālija klātbūtni Saules atmosfērā

Ievērojami, ka Kirhofa darbs arī ieguva filozofisku nozīmi: 1842. gadā pozitīvisma un socioloģijas pamatlicējs Ogists Konts kā piemēru neizzināmajam raksturoja tieši Saules un zvaigžņu ķīmisko sastāvu:
Mēs zinām, kā noteikt to formu, attālumu līdz tām, to masu un to kustību, bet nekad mēs neuzzināsim par to ķīmisko un minerālisko sastāvu
Faktiski, spektrālā analīze atklāja jaunu laikmetu zinātnes attīstībai — spektru kā objekta vai sistēmas novērojamo stāvokļu salikumu pētījums izrādījās ārkārtīgi auglīgs un kopsavilkumā noveda pie kvantu mehānikas parādīšanās: Makss Planks nonāca pie idejas par kvantu darba procesā pie teorijas par absolūti melna ķermeņa spektru. 
1910. gadā tika iegūti pirmie neelektromagnētiskie spektri: Dž.Dž.Tomsons ieguva pirmos masspektrus, bet pēc tam 1919. gadā Astons uzbūvēja pirmo masspektrometru.

20. gadsimta vidū ar radiotehnikas palīdzību attīstījās radiospektroskopiskās, galvenokārt, magnētiskās rezonanses metodes — kodolu magnētiskā rezonanse (KMR spektroskopija, pašlaik viena no galvenajām organisko savienojumu telpiskās struktūras noteikšanas metodēm), elektronu paramagnētiskā rezonanse (EPR), ciklotroniskā rezonanse (CR), fermomagnētiskā (FR) un antiferomagnētiskā (AFR) rezonanse.

Par citu spektrālo pētījumu virzienu, saistītu ar radiotehnikas attīstību, kļuva vispirms skaņas, bet vēlāk arī dažādu citu signālu apstrāde un analīze.

Skatīt arī 
 Gaisma
 Spektrāllīnija
 Varavīksne

Atsauces 

Spektroskopija
Novērojumu astronomija
Optika
Astronomiskie notikumi