ආලෝකය, විකිරණ හා පදාර්ථ
මෙවර ලිපියෙන් තාරකා විද්‍යාවේ එන තවත් වැදගත් අංශයක් වන ආලෝකය, විකිරණ හා පදාර්ථ පිළිබඳ ඉදිරිපත් කෙරේ. මඳකට ඔබ ඔබේ වටපිටාව දෙස බැලුවහොත් විවිධාකාර වර්ණයන්ගෙන් යුතු වස්තු දැකගැනීමට හැකිවනු ඇත.
නමුත් මෙහිදී ඇත්තටම ඔබ දකින්නේ එම වස්තු සමග අන්තර්ක්‍රියා කල ආලෝකයයි. එම අන්තර්ක්‍රියා විවිධාකාර වියහැකි අතර විවිධ වස්තු සඳහා විවිධ ගුණ අප නිරීක්ශණය කරන්නේ එම විවිධත්වය හේතුවෙනි. උදාහරණයක් ලෙස රතු ඇපල් ගෙඩියක් රතු පැහැයෙන් පෙනෙන්නේ ඒ මත වැටෙන සුදු ආලෝකයෙන් රතු පැහැය පමණක් පරාවර්තනය කර අනෙක් සියලුම වර්ණ උරාගැනීමට ඇපල් පොත්තේ අණු සමත් වන බැවිනි.තවද එහි මතුපිට ස්වභාවය (රළු හෝ සුමට බව වැනි ගුණ ) පිළිබඳවද ඔබේ අත්දැකීම් ඇසුරෙන් නිගමන වලට එළඹීමට හැකි වේ.
දුරේක්ෂ ඔස්සේ විශ්වය නිරීක්ශණය කරන තාරකාවිද්‍යාඥයින්ද සිදුකරන්නේ මේ හා සමාන ක්‍රියාවලියකි. එනම් ඈත විශ්වයේ වස්තු වලින් පැමිණෙන ආලෝකය දුරේක්ෂ මගින් එකතු කර විවිධ උපකරණ භාවිතයෙන් එහි අඩංගු තොරතුරු උකහා ගැනීමයි. මේ සඳහා ඔවුහු දෘෂ්‍ය ආලෝකය පමණක් නොව ගැමා කිරණ වල සිට රේඩියෝ තරංග දක්වා විවිධ තරංග ආයාමයෙන් යුතු විද්‍යුත්චුම්භක තරංග භාවිතා කරති. ආලෝකය පදාර්ථ සමග සිදුකරන අන්තර්ක්‍රියා ප්‍රධාන වශයෙන් කොටස් හයකි.
- විමෝචනය(Emission)
- අවශෝෂණය(AbSorption)
- සම්ප්‍රේෂණය (Transmission)
- ප්‍රකිරණය/පරාවර්තනය(Scattering/Reflection)
- විවර්තනය (diffraction)
- ධ්‍රැවණය(polarization)
ඈත ඇති තරුවක උණුසුම් පෘෂ්ඨයෙන් විමෝචනය වන ආලෝකය එම තරුවේම ඉහල ස්ථර වලින් හා අන්ත:තාරීය අවකාශයේ වායු වලා තුලින් පැමිණීමේදී ඉහත සියලු ආකාරයෙන් අන්තර්ක්‍රියා කරයි. එම ආලෝකය විශ්ලේශණය කිරීමෙන් අදාල තරුව මෙන්ම වායු වලා පිළිබඳවද තොරතුරු අනාවරණය කර ගත හැක. භෞතික විද්‍යාවේදී ආලෝකය සම්බණ්ධ සංසිද්ධි පැහැදිලි කිරීම සඳහා ආලෝකයේ තරංගමය හැසිරීම මෙන්ම අංශුමය හැසිරීමද යොදාගැනේ. මෙහිදී අවධාරනය කල යුතු කරුණ වන්නේ ආලෝකය සතුව අංශුමය හා තරංගමය ගුණ දෙකම එකවිට පවතින බව හා යම් සංසිද්ධියක් විස්තර කිරීමට එම ගුණ දෙකෙන් එකක් පමණක් භාවිතයට ගැනෙන බවත් ය. ඉතිහාසයේ ප්‍රථම වරට ආලෝකය අංශු වලින් සමන්විත බව පැවසුවේ නිව්ටන් විද්වතා විසිනි. නමුත් ඔහුට එය පරීක්ෂණාත්මකව පෙන්වීමට නොහැකි විය. ඉන් බොහෝ කලකට පසු රත් වූ වස්තුවකින් නිකුත් වන විකිතණ වල ස්වභාවය අධ්‍යයනය කල විද්‍යාඥයින් හට එකල පැවති ආලෝකයේ තරංගවාදය භාවිතා කරමින් එම නිරීක්ෂණ පැහැදිලි කිරීමට නොහැකි විය. කෙසේ නමුත් ආලෝකය විවික්ත ශක්ති පැකට්ටු හෙවත් ෆෝටෝන වලින් සමන්විත වන බව උපකල්පනය කරමින් ඉහත නිරීක්ෂණ පැහැදිලි කල හැකි සිද්ධාන්තයක් ඉදිරිපත් කලේ මැක්ස් ප්ලාන්ක් විද්වතා විසිනි.ඔහුගේ න්‍යායට අනුව ආලෝක ෆෝටෝනයක ශක්තිය පහත සම්බණ්ධයෙන් දෙනු ලබයි.
E = hf = hc/λ
මෙහි fයනු ආලෝකයේ සංඛ්‍යාතයද,c යනු ආලෝක ප්‍රවේගයද,λ යනු තරංග ආයාමයද වේ.
ඉහත සඳහන්ව ඇති කෘෂ්ණ වස්තුවක් යනුවෙන් හදුන්වන්නේ වස්තුව මත පතිත වන සියලුම තරංග ආයාමයෙන් යුතු විකිරණ පරිපූර්ණව අවශෝෂණය කරන හා නැවත එම ශක්තිය පරිපූර්ණව විමෝචනය කරන වස්තු වේ. මෙවැනි පරිපූර්ණ කෘෂ්ණ ව්ස්තුවකින් විමෝචනය වන විකිරණ වල තීව්‍රතා ව්‍යාප්තිය පහත රූපයේ දැකවේ. මෙහි λ_max යනු වස්තුව උපරිම තීව්‍රතාවයෙන් නිකුත් කරන විකිරණයේ තරංග ආයාමයයි. λ_max වස්තුවේ උෂ්ණත්වය(T) අනුව වෙනස්වන අයුරුද රූපයේ දැක්වේ. λ_max හා T අතර සම්බණ්ධය වීන්(wien) නම් විද්‍යාඥයා විසින් ඉදිරිපත් කර ඇත. එය වීන් නියමය ලෙසින් හැඳින්වේ.
මෙහි λ_max මීටර් වලින් ලැබෙන අතර T කෙල්වින් වලිනි. ස්වභාවයේ පවතින වස්තු සඳහාද මෙම නියමය මෙන්ම කෘෂ්ණවස්තු සඳහා වන අනෙක් නියමද ආසන්න පිලිතුරක් ලබා ගැනීමට භාවිතා කල හැකි බව පරීක්ෂණාත්මකව පෙන්වා දී ඇත. තාරකා වලින් නිකුත් වන විකිරණ ව්‍යාප්තියද කෘෂ්ණවස්තු විකිරණ ව්‍යාප්තියකට ආසන්න වශයෙන් සමාන වේ.
එබැවින් තරුවක විකිරණ ව්‍යාප්තිය නිරීක්ෂණය කර එහි මතුපිට උෂ්ණත්වය ආසන්න වශයෙන් සොයා ගත හැක.කෘෂ්ණ වස්තු පිළිබඳ අනෙක් නියමය වන්නේ ස්ටෙෆාන්-බෝල්ට්ස්මාන් නියමයයි. මෙයින් කියැවෙන්නේ කෘෂ්ණ වස්තුවක මතුපිට ඒකක වර්ගඵලයකින් නිකුත් වන මුළු ශක්තිය එහි උෂ්ණත්වයේ හතරවන බලයට අනුලෝමව සමානුපාතික වන බවයි. එය පහත සම්බන්ධයෙන් දැක්විය හැක.
E=σ*T^4
E වර්ග මීටරයට වොට් වලින් ලැබෙන අතර T කෙල්වින් වලිනි. σ යනු ස්ටෙෆාන් නියතයයි(σ=5.67*10^-8). වස්තුවේ මුළු පෘෂ්ඨ වර්ගඵලය A නම් එය තත්පරයකදී නිකුත් කරන මුළු ශක්තිය L=EA වෙයි. වීන් නියමයෙන් තරුවක උෂ්ණත්ව්ය සොයාගත් පසු එහි දීප්තතාව (Luminosity) සෙවීමට මෙම නියමය භාවිතා කල හැක.
එනම් L=4πr^2*σ*T^4 තවද මෙම තරුවේ සිට නොදන්නා d දුරක සිට තරුව නිරීක්ෂණය කිරීමේදී එහි දීප්ත තීව්‍රතාව(Intensity) I නම් ප්‍රතිලෝම වර්ග නීතිය(Inverse square law) අනුව
I=L/4πd^2 වේ.
හිරුගෙන් නිකුත්වන ආලෝකය ග්‍රහලෝකයක් හෝ ග්‍රහකයක් වැනි වෙනත් ග්‍රහ වස්තුවකින් පරාවර්තනය වූ විට එම පරාවර්තිත ආලෝකයේ විකිරණ ව්‍යාප්ති වක්‍රය බොහෝ දුරට සූර්යයාගේ එම වක්‍රයට සමාන වන අතර එහි පෘෂ්ඨය මගින් සිදුවන අවශෝෂණය හේතුවෙන් වක්‍රයේ සමහර තැන් වල හිඩැස් පැවතිය හැක. තවද යම් වස්තුවක් මත පතිතවන ආලෝකය
හා පරාවර්තිත ආලෝක ප්‍රමාණය අතර අනුපාතය ඇල්බිඩෝ අගය(Albido) ලෙස හැඳින්වේ.
එනම්, ඇල්බිඩෝ අගය=පරාවර්තිත ශක්ති ප්‍රමාණය/පතිත වූ ශක්ති ප්‍රමාණය
මේ අනුව ඉතා අඳුරු, කලු වස්තූන්ගේ ඇල්බිඩෝව 0 ට ආසන්න අතර ඉතා දීප්තිමත් වස්තු වල 1ට ආසන්න ඇල්බිඩෝවක් ඇත. මෙහිදී පෘෂ්ඨයෙන් අවශෝෂණය වන ශක්තිය එහි උෂ්ණත්වය ඉහල දැමීමට ඉවහල් වේ. විකිරණ ව්‍යාප්තිය මෙන්ම වර්ණාවලියද වස්තුවක තොරතුරු බොහොමයක් හෙලි කරයි. වර්ණාවලියක දක්නට ලැබෙන අවශෝෂක රේඛා මඟින් වස්තුවේ සංයුතිය, උෂ්ණත්වය, අරීය ප්‍රවේගය, භ්‍රමන වේගය වැනි දත්ත බොහොමයක් ලබාගත හැකි වේ. උදාහරණයක් ලෙස Hα අවශෝෂක රේඛාව සලකමු. මෙහි තරංග ආයාමය 656.28 nm වේ. යම් තරුවකින්
පැමිණෙන ආලොකයේ වර්ණාවලිය අධ්‍යයනය කිරීමෙන් පසු එහි Hαරේඛාව 656.30nm ලෙස පවතීනම් එයින් කියැවෙන්නේ වර්ණාවලි රේඛාව රක්ත විස්තාපනයට(Red Shift) බඳුන් වී ඇති බවයි (එනම් එම රේඛාව වර්ණාවලියේ තරංග ආයාමය වැඩි පැත්තට විස්තාපනය වී ඇති බවයි ). එනිසා මෙම තරුව පෘථිවියෙන් ඉවතට චලනය වන බව නිගමනය කල හැක.
එසේ චලනය වන වේගය v නම්
v=Δλ/λo
යන සමීකරණයෙන් v සෙවිය හැක. මෙහි c යනු ආලෝකයේ ප්‍රවේගය වන අතර Δλ යනු සැබෑ තරංග ආයාමය හා නිරීක්ෂිත තරංග ආයාමය අතර වෙනසයි. මෙම සම්බණ්ධය ඩොප්ලර් විස්ථාපන සමීකරණය ලෙස හැඳින්වේ. මේ අනුව ඉහත උදාහරණයේ සැලකූ තරුව සඳහා Δλ=0.02nm නිසා එහි ප්‍රවේගය ආසන්න වශයෙන් 6000km/s ලෙස ලැබේ.මෙම සංසිද්ධිය ඩොප්ලර් ආචරනය ලෙසින් හඳුන්වයි. මෙහිදී ඔබ දැනගෙන සිටිය යුතු කරුන වන්නේ අවශෝෂක රේඛාවේ පිහිටීම වෙනස් වන්නේ වස්තුවේ අරීය ප්‍රවේගය(Radial Velocity) නිසා පමණක් බවයි. ඒ අනුව ඩොප්ලර් සමීකරණයෙන් ලැබෙන්නේ වස්තුවක අරීය ප්‍රවේගයයි. එහි සැබෑ ප්‍රවේගය සොයා ගැනීම සඳහා අරීය ප්‍රවේගයට ලම්හව ඇති ස්පර්ශීය ප්‍රවේගය (Tangential Velocity) සොයාගැනීමට සිදු වේ. වස්තුවේ දෘෂ්‍ය චලිතය(Proper Motion) හා එයට ඇති දුර දන්නා විට එහි ස්පර්ශීය ප්‍රවේගය සොයාගත හැක. උදාහරණයක් ලෙස යම් තාරකාවක දෘෂ්‍ය චලිතය තත්පරයට රේඩියන θ නම් හා එයට ඇති දුර D නම් එහි ස්පර්ශීය ප්‍රවේගය v_t=Dθ යන්නෙන් ලැබේ.
දැන් අපි උදාහරණයක් ඇසුරෙන් මෙතෙක් ඉදිරිපත් කල කරුණු නැවත මතක් කර ගනිමු.
Ex:
මතුපිට උෂ්ණත්වය T වන තරුවක අරය R වේ. තරුව වටා අරය D වූ වෘත්තාකාර කක්ෂයක ගමන් කරන ග්‍රහලොවක් ඇත. එහි අරය r වේ. ග්‍රහලොවේ ඇල්බිඩෝ අගය α නම් එය තාපජ සමතුලිතතාවයේ පවතින විට එහි උෂ්ණත්වය(T_p) ගණනය කරන්න. ග්‍රහලොව හා තාරකාව කෘෂ්ණ වස්තු බව උපකල්පනය කරන්න.
Ans:
මෙවැනි ගැටළු විසඳීමට අත ගැසීමට පෙර එය විසඳන අයුරු පියවර වශයෙන් මනසේ ඇඳ ගැනීමට පුරුදුවන්න. ඉහත ගැටළුවේ අවසාන පිලිතුර වියයුත්තේ ග්‍රහලොවේ උෂ්ණත්වයයි. එය කෘෂ්ණවස්තුවක් ලෙස උපකල්පනය කලහොත් T_p සොයා ගැනීමට ස්ටෙෆාන්-බෝල්ට්ස්මාන් නියමය යොදාගත හැක.ග්‍රහලොව තාපජ සැමතුලිතතාවයේ පවතින බැවින් ශක්තිය අවශෝෂනය වන හා
පිටවන සීඝ්‍රතා සමාන වේ. ඇල්බිඩෝ අගය α බැවින් පරාවර්තිත ශක්තිය = පතිත වූ ශක්තිය x α එම නිසා අවශෝෂිත ශක්තිය = (1-α) X පතිත වූ ශක්තිය
ග්‍රහලොවේ කක්ෂයේ සිට තරුව නිරීක්ෂණය කලහොත් එය I දීප්ත තීව්‍රතාවයකින් නිරීක්ෂණය වන්නේනම් I = L/(4πD^2) වේ.මෙහි L යනු තරුවේ දීප්තතාව වන අතර L=4πR^2*σ*T^4 වේ
ගෝලාකාර ග්‍රහලොවේ තලයක් මත ප්‍රක්ෂේපනය වෘත්තයක් බැවින් ග්‍රහලොව මත තත්පර 1කදී පතිත වන ශක්තිය,E= IXπr^2 වේ. එනිසා E=(L/4)(r/R)^2 ලෙස ලැබේ. තාපජ සමතුලිතතාව හේතුවෙන් ග්‍රහලොව තත්. 1 දී පිට කරන ශක්තිය පතිත වූ ශක්තියෙන් අවෂෝශිත ප්‍රමාණයට සමාන වේ.
එමනිසා 4πr^2*σ*(T_p)^4 = (1-α)*r^2*L/(4D^2)
මෙමඟින් T_p සොයාගත හැක
පහත ගැටළු විසඳීමට උත්සාහ කිරීමෙන් ඔබට තවදුරටත් අප ඉදිරිපත් කළ කරුණු පිළිබඳ හොඳ අවබෝධයක් ලබාගත හැකි වනු ඇත.
1) පාසෙක් 20ක් ඈතින් ඇති ප්‍රධාන අනුක්‍රමණයේ තාරකාවක් එක්තරා දුරේක්ෂයක් තුලින් යන්තමින් දර්ශනය වේ(Barely Visible). එම තාරකාවේ උෂ්ණත්වය මෙන් තුන් ගුණයක් අඩු උෂ්ණත්වයකින්ද 100 ගුණයක් වැඩි අරයකින්ද යුත් වෙනත් තරුවක් එම දුරේක්ශය තුලින් නිරීක්ෂණය කිරීමේදී ද යන්තමින් දර්ශනය වේ.මෙම දෙවන තාරකාව පිහිටි දුර කොපමණද?
2)එකම වර්ණාවලි පංතියකට(spectral class) අයත් A හා B තාරකා දෙකක දීප්තතා පිළිවෙලින් 10L_☼ හා 10000L_☼ වේ. මෙම තාරකා වල අරයයන් R_A හා R_B නම් R_A/R_B අනුපාතය සොයන්න.L_☼ යනු සූර්යයාගේ දීප්තතාවයයි.
