§ 62. Метеорная спектроскопия

Особенно ценные результаты можно получить при помощи весьма простых приборов, организовав фотографические наблюдения спектров метеоров. Для этого надо приспособить к фотографической камере объективную призму. Для получения метеорных спектрограмм надо установить преломляющее ребро призмы параллельно суточному движению звезд. Снимок покроется изображениями спектров ярких звезд; каждая суточная параллель звезды растянется призмой в спектр. В нем мы сможем обнаружить темные просветы - изображения главнейших спектральных линий. Особенно хорошо видны в спектрах звезд спектрального класса А (см. § 71) линии водородной серии Бальмера. Они помогут нам сделать измерения, нужные для идентификации спектральных линий метеорного спектра.

Спектр метеора состоит из набора эмиссионных линий. Поэтому на снимке мы увидим вместо одного метеора несколько параллельных друг другу монохроматических изображений. Конечно, их почернения будут весьма различными, так как не все линии имеют одинаковую интенсивность. Вообще говоря, эти почернения можно фотометрировать и тем самым определять их интенсивность и даже оценивать количественный состав тех или иных химических элементов. Однако прежде всего надо его определить качественно. Для этого необходимо отождествить спектральные линии. Это в свою очередь требует определения их длин волн.

Это задача очень непростая, особенно если используется объективная призма. Теория обработки спектральных наблюдений очень сложна. Поэтому мы можем предложить простой, но приближенный способ отождествления спектральных линий метеорных спектров.

Нам понадобятся измерения спектрограмм. Их можно выполнять на микроскоп-микрометре, но если его нет, то следует отбросить изображение спектра на экран при помощи эпидиаскопа и выполнять измерения на нем. Можно также (и даже лучше) сделать на фотоувеличителе сильно увеличенный отпечаток на фотографической бумаге.

Итак, в нашем распоряжении будут нужные нам измерения. Для этого надо прежде всего выбрать спектрограмму яркой звезды, желательно спектрального класса А, на которой четко видны линии поглощения бальмеровской серии водорода. Нужно измерить расстояние каждой линии от произвольного нуль-пункта, вдоль дисперсии, как это показано на примере, приведенном в таблице А. В ней выписаны значения расстояний х и соответствующие длины волн X. В качестве нуль-пункта можно взять любую из линий.

Для улучшения результатов можно измерить эти расстояния в спектрах нескольких звезд и вычислить средние значения.

Координата х связана с длиной волны λ, довольно сложной дисперсионной формулой. Чтобы избежать ненужных громоздких вычислений, решим задачу графически.

Таблица А

На горизонтальной оси графика будем откладывать введенные выше координаты х, а на вертикальной - длины волн λ,. Каждая пара значений x и λ, приведенная в таблице А, изобразится на этом графике точкой (рис. 125). Через эти точки надо провести плавную кривую, которая имеет вид, напоминающий гиперболу. Полученная кривая называется дисперсионной кривой.

Теперь на очереди измерения спектрограммы метеора. Прежде всего надо хотя бы приближенно найти направление дисперсии призмы. Дело в том, что метеор пролетел под некоторым углом к направлению суточной параллели, а направление дисперсии перпендикулярно к ней. Следовательно, метеорный спектр растянут не перпендикулярно к траектории метеора и это надо иметь в виду при измерении метеорной спектрограммы.

Накладывая на увеличенный отпечаток метеорного спектра линейку, надо расположить ее перпендикулярно к изображению одной из ближайших суточных параллелей. Затем измеряем от произвольного нуль-пункта координату В каждой из линий метеорного спектра. Важно только, чтобы был сохранен масштаб, применявшийся при измерении спектрограмм звезд.

В первых двух столбцах следующей таблицы В указаны условные номера обнаруженных спектральных линий и их измеренные координаты у. Для дальнейшей обработки необходимы дополнительные данные. Их нам даст типовой метеорный спектр. В результате исследования многих метеоров выяснено, какие химические элементы входят в состав метеорных тел и какие спектральные линии излучаются при полете метеора. Набор этих линий мы и назвали «типовым» метеорным спектром. Конечно, совершенно не обязательно, чтобы в спектра каждого метеора были видны все эти линии.

Данные о главных линиях типового метеорного спектра приведены в таблице XII.

Теперь мы можем продолжать обработку наших измерений. Зная длины волн типового метеорного спектра Я, мы можем по дисперсионной кривой, приведенной на рис. 125, определить те значения координаты ж, которые должны иметь изображения соответствующих спектральных линий.

Рис. 125. К обработке снимка метеорного спектра. Построение дисперсионной кривой по линиям бальмеровской серии водорода

После этого надо приступить к отождествлению наблюденных нами спектральных линий. Для этой цели строим специальный график. На его горизонтальной оси откладываем координаты х и из каждой найденной точки проводим перпендикуляр (рис. 126).

На вертикальной оси графика откладываем взятые из таблицы В значения координат у спектральных линий наблюдавшегося метеорного спектра и из полученных точек проводим горизонтальные линии. Образуется сетка. Рассмотрим точки пересечения горизонтальных линий с перпендикулярами. Они помогут отождествить нужные спектральные линии. На рис. 126 видно, что линии №№ 7 и 8 дают в пересечении с линиями Н и К (ионизованного кальция) заштрихованный квадрат. Если провести через два противоположных угла квадрата диагональ (как показано на рис. 126) и продлить ее в обе стороны, то она должна пройти через точки пересечения и других линий, что и происходит. Следовательно, отождествление 7-й и 8-й линий с Н и К правильно и мы можем определить, какие линии типового метеорного спектра присутствуют в наблюденном спектре.

Таблица В

Допустим, что какая-нибудь из спектральных линий отсутствует в типовом спектре, но есть в наблюденном. Тогда соответствующая координате у горизонтальная линия в какой-то точке пересечет построенную нами наклонную прямую. По горизонтальной оси мы отсчитываем соответствующее значение координаты х.

Таблица XII. Спектральные линии типового метеорного спектра

Затем, воспользовавшись Номера дисперсионной кривой (изображеннойнарис. 125), мы сможем по значению х найти длину волны К. Остается последнее - отыскать по полному каталогу спектральных линий, какому элементу она принадлежит.

Описанный способ был применен нами к отождествлению спектральных линий по значениям координат у. Полученные длины волн λ, и символы химических элементов указаны в третьем и четвертом столбцах таблицы В.