스펙트럼 종류와 특징 요약

본 포스팅은 공통 과학에서 중요하게 배우는 내용인 스펙트럼(spectrum)의 종류와 특징에 대해 소개합니다. 오랜 기간 동안 스펙트럼은 화학을 비롯한 다양한 분야의 과학 연구에 응용되어 왔습니다. 스펙트럼은 어떤 종류가 있고 특징이 있을까요?

스펙트럼의 정의

빛은 다양한 파장의 전자기파의 모임입니다. 스펙트럼은 빛이 분광기를 통과할 때 다양한 빛의 파장이 서로 다른 굴절율로 인해 분해되어 나타는 색의 띄를 뜻합니다. 우주의 원소를 연구하는 용도로 사용되는 스펙트럼에 대해 알아봅시다.

 

스펙트럼의 종류

고등학교 공통 과학에서 다루는 스펙트럼의 종류는 연속 스펙트럼, 선 스펙트럼 ,흡수 스펙트럼이 있습니다.

 

• 연속 스펙트럼

연속 스펙트럼은 백열전구 같은 고온의 백색광을 프리즘으로 통과 시키면 나타는 연속된 스펙트럼입니다. 

모양: 무지개 같은 연속된 색의 띄

원리: 연속적인 파장의 빛이 각각 다른 굴절율로 굴절하여 연속적인 띠로 나타남

 

• 선 스펙트럼

선 스펙트럼은 고온의 기체에서 방출하는 빛을 프리즘에 통과 시키면 나타나는 불연속적인 스펙트럼입니다.

모양: 검은색 바탕에 밝은색 방출선

원리: 원소들은 제각각 에너지 준위가 고정되어 있어 항상 같은 에너지에서 흡수선과 방출선이 나타난다.  

 

• 흡수 스펙트럼

고온의 백색광에서 방출된 빛을 저온의 기체를 통과시키면 나타나는 불연속적인 스펙트럼입니다.

모양: 연속 스펙트럼 위에 검은색 흡수선이 나타남

원리: 연속된 파장의 빛의 집합체인 백색광에서 특정 파장대의 빛이 저온의 기체에 흡수되면서 사라져 검은색으로 나타난다.

 

원소의 종류를 알아낼 수 있다.

특정 별의 빛이나 원소 등의 선 스펙트럼이나 흡수 스펙트럼을 분석하면 원소의 종류와 질량비를 알 수 있습니다. 각각의 원소들은 고유한 에너지 준위를 갖기 때문에 미지의 스펙트럼과 원소의 스펙트럼을 비교하면 어떤 원소가 포함되었는 지 알 수 있습니다. 

 

원소의 질량비도 알 수 있다.

스펙트럼에 나타나는 흡수선/방출선의 세기는 원소의 밀도와 비례합니다. 따라서 각 선폭을 비교하면 구성 원소들의 질량비를 알 수 있습니다.

 

우주에 존재하는 수소와 헬륨의 질량비

우리가 우주에 존재하는 원소들의 주 성분이 수소와 헬륨인 것은 스펙트럼 분석을 통해 알아낸 결과입니다. 우주 전역의 스펙트럼을 분석한 결과 수소가 약 74%, 헬륨이 약 24%를 차지하고 있다고 합니다. 이는 빅뱅 우주론에서 예측한 이론값과 일치하는 실험값입니다.