مطياف

التاريخ

كان أول نموذج للمطياف هو الموشور الزجاجي الذي استخدمه إسحاق نيوتن عام 1666 لتحليل ضوء الشمس. وقبل ذلك، أسهم علماء مسلمون مثل ابن الهيثم في دراسات الضوء والانعكاس والانكسار. لاحقًا، أضاف جوزيف فون فراونهوفر المحزوز الحيودي ورأى الخطوط المظلمة في طيف الشمس.

كيف يعمل

يمر الضوء عبر شق ضيق ليسقط على عنصر يفصله حسب الأطوال الموجية — قد يكون موشورًا (يكسر اللون البنفسجي أكثر) أو محزوز حيود (يعكس الألوان المختلفة بزوايا مختلفة). يسجل الكاشف كمية الضوء الواصلة إلى كل منطقة مجهرية. هكذا يتشكل الطيف — رسم بياني للسطوع مقابل الطول الموجي.

التاريخ

كان أول نموذج للمطياف هو الموشور الزجاجي الذي استخدمه إسحاق نيوتن عام 1666 لتحليل ضوء الشمس. وقبل ذلك، أسهم علماء مسلمون مثل ابن الهيثم في دراسات الضوء والانعكاس والانكسار. لاحقًا، أضاف جوزيف فون فراونهوفر المحزوز الحيودي ورأى الخطوط المظلمة في طيف الشمس.

كيف يعمل

يمر الضوء عبر شق ضيق ليسقط على عنصر يفصله حسب الأطوال الموجية — قد يكون موشورًا (يكسر اللون البنفسجي أكثر) أو محزوز حيود (يعكس الألوان المختلفة بزوايا مختلفة). يسجل الكاشف كمية الضوء الواصلة إلى كل منطقة مجهرية. هكذا يتشكل الطيف — رسم بياني للسطوع مقابل الطول الموجي.

التاريخ

بدأ تاريخ المطياف بتجارب إسحاق نيوتن عام 1666، حيث حلّل ضوء الشمس بموشور. وقد أسهمت أعمال علماء المسلمين في البصريات، مثل ابن الهيثم، في تمهيد الطريق لهذه الاكتشافات. أطلق نيوتن مصطلح «الطيف» (spectrum) على الشريط اللوني. في عام 1814، استبدل جوزيف فون فراونهوفر الموشور بمحزوز حيود من صنعه، واكتشف خطوطًا مظلمة في طيف الشمس (خطوط فراونهوفر) وقاس أطوالها الموجية، مؤسسًا بذلك علم الأطياف الفلكية. وفي عام 1859، صنع غوستاف كيرشوف وروبرت بنسن أول مطياف بموقد غاز وموشور، رابطين الخطوط الطيفية بالعناصر الكيميائية. وفي القرن العشرين، أدى تطور الإلكترونيات إلى التسجيل الكهروضوئي. واليوم، تحمل المراصد الفضائية مطيافات تعمل من نطاق الأشعة السينية إلى تحت الحمراء (مثل جهاز STIS على تلسكوب هابل).

كيف يعمل

مبدأ المطياف البصري: يدخل الإشعاع المراد دراسته عبر شق الدخول إلى موازىء يشكل حزمة متوازية. ثم تسقط الحزمة على عنصر تشتيت — مثل محزوز حيود عاكس عليه خدوش. وفق شرط الحيود , حيث d هو ثابت المحزوز، وα وβ زاويتا السقوط والحيود، وm مرتبة الحيود، ينحرف كل طول موجي بزاوية مختلفة. بعدها تبني مرآة مقربة صورًا للشق بضوء أحادي اللون على الكاشف (خط أو مصفوفة CCD). تتناسب شدة الإشارة من كل بكسل مع تدفق الفوتونات عند الطول الموجي الموافق. تحول المعايرة رقم البكسل إلى طول موجي. نوع بديل هو مطياف فورييه: يُستخدم فيه مقياس تداخل مايكلسون، حيث تُسجَّل صورة التداخل (تغير الشدة مع تغير فرق المسير)، ثم يُسترد الطيف بتحويل فورييه. مزاياه: استبانة عالية وفتحة عددية كبيرة.

مسائل مفتوحة وحقائق طريفة

تصغير حجم المطيافات إلى حجم رقاقة (مطيافات دقيقة) مع الحفاظ على استبانة عالية للأجهزة المحمولة.; كبت الضوضاء وزيادة المدى الديناميكي لاكتشاف أغلفة الكواكب الخارجية بواسطة مطيافية العبور.; بناء مطيافات للأشعة فوق البنفسجية البعيدة والسينية ذات قدرة تفريق زاوي كافية لمطيافية مصادر منفردة في التجمعات.

💡 اكتشف المطياف على متن المسبار «كاسيني» ينابيع ماء على إنسيلادوس بتحليل الضوء المتشتت؛ وقد سمحت استبانته بتمييز خطوط بخار الماء عن شوائب الأمونيا والميثان.