جسم سیاه دقیقا چیست؟

کانوت/ بر طبق قواعد ترمودینامیک هر جسمی که دمای آن بیش از صفر مطلق یا ۲۷۳- درجه‌ی سانتی‌گراد باشد بخشی از انرژی حرارتی خود را به شکل امواج الکترومغناطیسی تابش می‌کند. وقتی می‌گوییم دمای جسم غیر از صفر است یعنی مقداری انرژی به شکل گرما در جسم ذخیره شده است. این گرما همان انرژی جنبشی ذرات ریز تشکیل دهنده‌ی جسم است که به طور تصادفی حرکت می‌کنند و مدام به هم برخورد می کنند. در اثر برخورد سرعت و جهت آن‌ها در حال تغییر است یعنی حرکت این ذرات شتابدار است ذرات ریز تشکیل دهنده‌ی اجسام اکثراً باردار هستند، مثلاً الکترون‌ها بار منفی دارند و هسته‌ی اتم‌ها بار مثبت. وقتی یک ذره باردار حرکت شتابدار انجام می‌دهد بخشی از انرژی خود را به شکل امواج الکترومغناطیسی تابش می­کند این امواج با سرعت نور حرکت می‌کنند و انرژی حرارتی را از جسم خارج می‌کنند. به این ترتیب یک جسم داغ باید به مرور زمان در اثر تابش سرد شود.

اجسامی که در اطراف ما هستند چون هیچ‌ کدام دمایشان برابر صفر مطلق نیست همه در حال تابش هستند اما تجربه‌های روزمره به ما می‌گوید که دمای اجسام اطراف ما معمولاً ثابت است. علت ثابت بودن دمای اجسام این است که اجسام با محیط اطراف در حال تعادل هستند معنی تعادل این است که همان مقدار که اجسام نور تابش می‌کنند همان مقدار هم نور از محیط اطراف جذب می‌کنند یعنی ما در دریایی از فوتون غرق هستیم منشاء این فوتون‌ها خودمان و همه اجسام اطراف‌مان است. البته جذب فوتون در اجسام مختلف بستگی به خصوصیات فیزیکی آن‌ها دارد هر جسمی بسته به ساختار شیمیایی خود ممکن است بعضی از طول موج‌ها را جذب کند و بقیه را جذب نکند به خاطر همین است که اجسام به رنگ‌های مختلف دیده می‌شوند. جسم سیاره جسمی ایده‌آل است که همه‌ی فوتون‌ها را جذب می‌کند و هیچ فوتونی را منعکس نمی‌کند به خاطر همین سیاه دیده می‌شود. شدت تابش جسم سیاه در طول‌موج‌های مختلف یکسان نیست به طوری که طول موجی که جسم سیاه در آن بیشترین تابش را دارد با دما نسبت عکس دارد یعنی هر چه جسم سیاه را داغ‌تر کنیم تابش آن به طول‌موج‌های کوتاه‌تر منتقل می‌شود.
ستاره‌ها با دقت خوبی جسم سیاه هستند یعنی از قانون وین پیروی می‌کنند یعنی اگر دمای آن‌ها را بدانیم می‌توانیم بگوییم که در چه محدوده طول موجی بیشترین تابش را دارند. دمای ستاره ها در حدود ۳۰۰۰ تا ۳۰۰۰۰ درجه‌ی کلوین است بر طبق قانون وین باید بیشترین تابش ستاره‌ها در محدوده ۱۰۰۰۰ تا ۱۰۰۰ انگستروم باشد آنهایی که اپتیک بلدند می‌دانند که ۱۰۰۰۰ انگسترم بخشی از طیف است که به آن فروسرخ نزدیک می‌گوییم یعنی بخشی از فروسرخ که خیلی به ناحیه‌ی مرئی نزدیک است و ۱۰۰۰ انگستروم هم در ناحیه‌ی فرابنفش طیف قرار دارد یعنی ستاره‌ها بسته به این‌که چه دمایی داشته باشند از فرابنفش تا فروسرخ نزدیک تابش می‌کنند بیشترین آن‌ها هم مثل خورشید خودمان در ناحیه‌ی مرئی تابش می‌کنند به این ترتیب انتظار نداریم که ستاره‌ها در طول‌موج‌های خیلی بلند مثلاً در ناحیه رادیویی تابش کنند اگر قرار بود در این ناحیه تابش قابل‌ ملاحظه‌ای داشتند باید دمای‌شان خیلی کم بود مثلاً حدود ۱۰۰ درجه کلوین و به همین ترتیب ستاره‌ها تابنده‌های قوی در طول‌موج‌های خیلی کوتاه مثل پرتوهای ایکس هم نیستند برای تابش پرتوها ایکس می‌باید دمای ستاره‌ها در حدود چند میلیون درجه باشد. به خاطر همین است که ما طیف ستاره‌ها را در ناحیه‌ی مرئی بررسی می‌کنیم.
ستاره‌ها انتقال به سرخ دارند اما انتقال به سرخ آن‌ها خیلی جزیی است. انتقال به سرخ به سرعت ستاره بستگی دارد هر چه سرعت دور شدن ستاره از ما بیشتر باشد انتقال به سرخ بیشتر است البته سرعت را باید با سرعت نور مقایسه کرد سرعت حرکت ستاره‌ها نسبت به ما در حدود چند ده تا چند صد کیلومتر بر ثانیه است اگر این سرعت را با سرعت نور مقایسه کنیم در حدود چند ده هزارم تا چند هزارم سرعت نور می‌شود انتقال سرخی که در اثر چنین سرعت‌هایی بوجود می‌آید خیلی ضعیف است مثلاً خطوط طیفی در حدود چند انگستروم جابه‌جا می‌شوند که اصلاً با چشم قابل تشخیص نیست.



با کانال تلگرامی «آخرین خبر» همراه شوید

منبع:

ویدیو مرتبط :
دوران نامحدود جسم در بلندر-چرخش دوربین به دور جسم