Qu’est-ce que la spectroscopie ?

La spectroscopie est l’étude de la lumière lorsqu’elle se décompose en ses couleurs constitutives. En examinant ces différentes couleurs, on peut déterminer un nombre quelconque de propriétés de l’objet étudié, car les couleurs de la lumière reflètent les états énergétiques. Plus techniquement, la spectroscopie examine l’interaction entre toute matière et le rayonnement. Il est utilisé pour analyser des composés en chimie, pour déterminer quels différents éléments composent quelque chose, et est également utilisé en astronomie pour avoir un aperçu à la fois de la composition et des vitesses des corps astronomiques.

On peut diviser la spectroscopie en de nombreuses sous-disciplines, en fonction de ce qui est mesuré et de la manière dont il est mesuré. Certaines divisions principales comprennent la spectrométrie de masse, la spectroscopie électronique, la spectroscopie d’absorption, la spectroscopie d’émission, la spectroscopie de rayons X et la spectroscopie électromagnétique. Cependant, il existe également de nombreux autres types de spectroscopie, notamment celles qui examinent le son lorsqu’il se diffuse ou les champs électriques.

En spectroscopie aux rayons X, par exemple, les rayons X bombardent une substance. Lorsqu’ils le frappent, les électrons dans les enveloppes internes des atomes sont excités, puis se désexcitent, émettant un rayonnement. Ce rayonnement sort à des fréquences différentes, selon l’atome, et il y a de légères variations selon les liaisons chimiques présentes. Cela signifie que le rayonnement peut être examiné pour déterminer quels éléments sont présents, en quelles quantités et quelles liaisons chimiques existent.

En astronomie, la spectroscopie peut être utilisée pour déterminer un large éventail de choses sur la composition des étoiles et autres corps célestes. C’est parce que la lumière est une onde et que différentes énergies ont des longueurs d’onde différentes. Ces différentes longueurs d’onde sont corrélées à différentes couleurs, qui peuvent être observées à l’aide de télescopes. La spectroscopie consiste à observer les différentes couleurs et à utiliser ce que l’on sait des énergies de différents processus et éléments pour construire une carte de ce qui se passe à des milliers de millions d’années-lumière.

Il existe deux principaux spectres de lumière qui sont examinés en spectroscopie astronomique : continu et discret. Un spectre continu a une large gamme de couleurs qui sont relativement continues. Un spectre discret, d’autre part, a certains pics de raies très lumineuses ou très sombres à des énergies spécifiques. Les spectres discrets qui ont des pointes brillantes sont appelés spectres d’émission, tandis que ceux qui ont des pointes sombres sont appelés spectres d’absorption.

Les spectres continus sont émis par des choses comme les étoiles, ainsi que des choses sur terre comme les incendies, les animaux ou les ampoules. Parce que l’énergie est libérée à travers le spectre des longueurs d’onde, elle semble plutôt continue, bien qu’il puisse y avoir des pics et des creux dans le spectre. Bien entendu, toute cette lumière n’est pas visible à l’œil nu, une grande partie existe dans l’infrarouge ou l’ultraviolet.
Les spectres discrets, en revanche, sont généralement causés par quelque chose qui se passe par un atome particulier. En effet, en raison de certaines règles de la mécanique quantique, les nuages ​​d’électrons ont une énergie très spécifique, en fonction de l’atome associé. Chaque élément n’a qu’une poignée de niveaux d’énergie qu’il peut avoir, et presque tous sont facilement identifiables. Dans le même temps, ces éléments veulent toujours revenir à ces niveaux d’énergie de base, donc s’ils sont excités d’une manière ou d’une autre, ils émettent l’énergie supplémentaire sous forme de lumière. Cette lumière a la longueur d’onde exacte à laquelle on s’attendrait pour cet atome, permettant aux astronomes de visualiser le pic de lumière et de reconnaître quels atomes sont impliqués, aidant ainsi à percer les secrets de la composition de l’univers.