वर्णपट पदांचे संकेतन : वर्णपट पदे व्यक्त करण्याकरिता विशिष्ट वर्णपट पदाशी संलग्न पुंजांक कोणते आहेत व त्या पदापासून मिळणाऱ्या वर्णरेषांचे स्वरूप कसे असेल ते दिग्दर्शित करणारे संकेत वापरून वर्णपट पदे व्यक्त करतात. प्रारंभी त्या पदाशी संलग्न असलेल्या कवच किंवा प्रधान पुंजांकाचा आकडा लिहून त्यापुढे संपूर्ण अणूचे L मूल्यदर्शक अक्षर लिहितात जसे 1 S, 2 P. अक्षराच्या वरच्या बाजूला पदाच्या बहुगुणनत्वाचा आकडा व अक्षराच्या पुढे थोडे खाली J चे मूल्य लिहितात. उदा., कॅल्शियम अणूतील सर्वात बाह्य कवचाचा प्रधान पुंजांक ४ असून त्यातील इलेक्ट्रॉन संख्या २ आहे. या अणूची विशिष्ट स्थिती 4sP2 या पदाने व्यक्त केली जाते म्हणजे कवच पुंजांक ४, बहुगुणनत्व ३ (म्हणून S = I), P पद म्हणून L = 1 व J चे मूल्य २ आहे. J च्या मूल्यांच्या नियमानुसार यात अणूच्या स्थितीकरिता J ची मूल्ये ०, १ व २ अशी असू शकतात, म्हणून उरलेली दोन पदे 4sP० व 4sP1 या पदांनी व्यक्त केली जातात. याचा अर्थ संबंधित ऊर्जा पातळी तिहेरी आहे व या पदामुळे निर्माण होणाऱ्या वर्णरेषा तिहेरी असतील, ही गोष्ट यावरून स्पष्ट होते.
निवड नियम : दोन वर्णपट पदांच्या संयोगाने वर्णरेषा व्यक्त करता येतात परंतु विशिष्ट अणूंच्या बाबतीत एकूण पदांपैकी काही निवडक पदांमध्येच इलेक्ट्रॉनांचे संक्रमण होऊन वर्णरेषा मिळतात. कोणत्या पदांमध्ये इलेक्ट्रॉनांचे संक्रमण होऊ शकते यासंबंधीच्या नियमांना ‘निवड नियम’ असे म्हणतात. हे नियम म्हणजे रूढ यामिकीनुसार [⟶ यामिकी] प्रयोगावरून बांधलेले आडाखे असले, तरी ⇨पुंजयामिकीनुसार केलेल्या गणितात या अटी गणिताच्या निर्वाहाचा एक भाग म्हणून आपोआपच येतात. कधीकधी काही रेषांची उत्पत्ती या नियमांचे उल्लंघन करून झालेली आढळते. अशा रेषांना ‘निषिद्ध रेषा’ म्हणतात.
इलेक्ट्रॉनाचे एका ऊर्जा स्थितीतून दुसऱ्या ऊर्जा स्थितीत संक्रमण होताना खालील निवड नियम लागू होतात.
(१) प्रधान पुंजांकात (n मध्ये) किती बदल व्हावा यावर निर्बंध नाही. (Δ n चे मूल्य काहीही असू शकते).
(२) संपूर्ण अणूच्या कक्षीय परिभ्रमण पुंजांकातील (L मधील) बदल ०, + १ यांपैकी काहीही असू शकतो. (Δ L = 0 या पद्धतीची संक्रमणे फक्त अनेक इलेक्ट्रॉनयुक्त अणूंच्या बाबतीतच होतात).
(३) संपूर्ण अणूच्या परिवलन परिबलांकात (S मध्ये) होणार फरक 0 असतो (Δ S = 0).
(४) अणूतील सर्व इलेक्ट्रॉनांचा एकत्रित संवेगांक J मध्ये ०, + १ यांपैकी कोणताही असू शकतो (Δ J = 0, +1) परंतु दोन ऊर्जा स्थितींत J = 0 ते J’ = 0 असे संक्रमण होऊ शकत नाही. त्याचप्रमाणे L = 0 ते L’ = 0 असे संक्रमणही होऊ शकत नाही.
(५) ज्या संक्रमणांत वर्णपट पदांची समता [⟶ समता] बदलते अशीच संक्रमणे होऊ शकतात.
वर्णरेषांची अतिसूक्ष्म रचना : अती उच्च विभेदनक्षमता असलेल्या वर्णपटदर्शकांनी परीक्षण करता असे दिसून येते की, कित्येक वर्णरेषा या अत्यंत जवळजवळ असलेल्या दोन किंवा अधिक वर्णरेषांचे गट आहेत. यांतील तरंगलांब्यांमधील फरक अतिसूक्ष्म असतो म्हणून या आविष्काराला वर्णरेषांची अतिसूक्ष्म रचना असे म्हणतात. या अतिसूक्ष्म रचनेची कारणे खालीलप्रमाणे आहेत.
(१) समस्थानिकजन्य अतिसूक्ष्म रचना: कित्येक मूलद्रव्ये अशी असतात की, इलेक्ट्रॉन विन्यासाप्रमाणे मूलद्रव्य एकच असले, तरी त्यांचे अणुभार थोडे थोडे वेगळे असतात. या वेगळ्या अणुभाराच्या मूलद्रव्य प्रकाराला त्या प्रमुख मूलद्रव्याचा समस्थानिक म्हणतात. अशा समस्थानिकांची पदमूल्ये मुख्य मूलद्रव्याच्या पदमूल्यांपेक्षा थोडी वेगळी असतात व त्यामुळे तद्जन्य वर्णपटरेषांच्या तरंगलांब्याही थोड्या वेगळ्या असतात. त्यामुळे एक प्रकारची अतिसूक्ष्म रचना निष्पन्न होते. उदा., हायड्रोजन (H अणुभार १·००७९) व ड्यूटेरियम (D अणुभार २·०१४४) या मिश्रणाच्या वर्णपटात H च्या ४,८६१·३३ Å या वर्णरेषेबरोबरच D ची ४,८६०·०१ Å ही रेषाही उमटते. अर्थात जोडरेषेची तीव्रता समस्थानिक अणूंच्या प्रमाणात असते. हाच प्रकार इतर रेषांच्या बाबतीतही होतो.
(२) अणुकेंद्राच्या परिवलनाचा परिणाम : कित्येक मूलद्रव्यांच्या बाबतीत (उदा., बिस्मथ)असे समस्थानिक नसूनही त्यांच्या वर्णरेषांना अतिसूक्ष्म रचना असल्याचे आढळले. याची उपपत्ती देण्यासाठी अणूतील अणुकेंद्रही स्वतःच्या अक्षाभोवती परिवलन करीत असले पाहिजे व त्यामुळे त्याला कोनीय संवेग प्राप्त होत असला पाहिजे, अशी कल्पना व्होल्फगांग पाउली यांनी १९२४ मध्ये मांडली. या कोनीय संवेगाचा पुंजांक I या अक्षराने व्यक्त करतात व कोनीय संवेग 1h असतो. यातसुद्धा I हा सदिश असून त्याची मूल्ये १/२ च्या पूर्ण पटीत असतात. या कोनीय संवेगामुळे अणुकेंद्राला चुंबकीय परिबल प्राप्त होते व तेही पुंजांकित असते. अणूतील सर्व इलेक्ट्रॉनांचा एकत्रित J व अणुकेंद्राचा कोनीय संवेग I यांचा सदिश संयोग होऊन संपूर्ण अणूचा एकत्रित कोनीय संवेग निष्पन्न होतो आणि तो Fया पुंजांकाने दर्शवितात. J व I यांच्यात काही ठराविकच पण वेगवेगळे कोन असतात व त्यामुळे F ची मूल्येही वेगवेगळी येतात. जर I<J असल्यास F ची ही मूल्ये
F =J + I, J + I-1, J + I-2, . . . . , ∣ J-I ∣ (एकूण मूल्ये 2 I + 1)
या सूत्राने दिली जातात. F चे मूल्य बदलले की, त्यानुसार संपूर्ण अणूंचे ऊर्जा मूल्यही बदलते व विशिष्ट J मूल्याशी संबंधित असलेली अणूची ऊर्जा पातळी, परस्पर संन्निध अशा 2I + 1 ऊर्जा उपपातळ्यांत विभागली जाते. अतिनिकटच्या ऊर्जा उपपातळ्यांपासून होणाऱ्या संक्रमणांमुळे अतिसूक्ष्म रचना तयार होते.
वर्णरेषांची रुंदी : वर्णरेषांच्या मूलभूत रुंदीची अनेक कारणे आहेत. अतिसूक्ष्म रचनेमुळे सकृत्‌दर्शनी रेषेची रुंदी वाढल्यासारखी दिसते, याचे विवेचन वर आलेले आहेच.
(१) नैसर्गिक रुंदी : वर्णरेषा फक्त एका विशिष्ट तरंगलांबीची असेल, तर वर्णपटात तिची रुंदी शून्यप्राय दिसेल परंतु ती रेषा जर परस्परांना जवळजवळ सममूल्य अशा तरंगलांब्यांच्या तरंगांच्या गटाने बनलेली असेल, तर तिला काही निश्चित रुंदी असल्याचे दिसेल. वर्णपटदर्शकाची फट कितीही निरुंद केली व भिंगे कितीही निर्दोष केली, तरी अशा वर्णरेषेची रुंदी एका विशिष्ट मर्यादेपेक्षा कमी करता येत नाही. अशा वर्णरेषेच्या एका कडेपासून दुसऱ्या कडेपर्यंत ठिकठिकाणी तिची प्रकाश तीव्रता मोजून मग एका कडेपासूनचे अंतर व त्या ठिकाणची तीव्रता यांचा आलेख आ. २० मध्ये दाखविल्याप्रमाणे मिळतो.
वर्णरेषेच्या मध्यावर तीव्रता जास्तीत जास्त असून जर आलेखावर दोन्ही बाजूंना दोन बिंदू (अ व आ) असे घेतले की, त्यांची तीव्रता कमाल मर्यादेच्या निम्मी असते, तर या दोन बिंदूंमधील अंतराला वर्णरेषेची रुंदी असे म्हणतात. पुंज सिद्धांतानुसार वर्णरेषा दोन ऊर्जा स्थितींमध्ये होणाऱ्या संक्रमणामुळे मिळते आणि त्या रेषेची कंप्रता ν = E2 – E1/h या सूत्राने दिली जाते. E2 व E1 एक मूल्यी असल्या, तर ν ला एक निश्चित मूल्य प्राप्त होईल व वर्णरेषा अत्यंत निरुंद असेल परंतु हायझेनबेर्क यांच्या ⇨अनिश्चिततेच्या तत्त्वानुसार E2 व E1 ही त्या पातळ्यांची केवळ सरासरी मूल्ये आहेत. प्रत्यक्ष मूल्ये E2 + Δ E2 व E1 + Δ E1 या मर्यादेमध्ये अनिश्चित असतात. E या ऊर्जा स्थितीत अणू सरासरीने Δt सेकंद रहात असल्यास ऊर्जा मूल्याची अनिश्चितता Δ E ≈ h/2π Δt अशी असते. यावरून असे दिसते की, E1 किंवा E2 या पातळ्यांत अणू सरासरीने जितका कमी वेळ असेल तितकी ΔE1 किंवा ΔE2 ही अनिश्चितता जास्त होईल. म्हणजेच ऊर्जा पातळ्या रुंदावतील व त्यानुसार त्यांमधून संक्रमणामुळे उत्सर्जित होणाऱ्या वर्णरेषाही रुंदावतील. या परिणामामुळे रेषेला प्राप्त होणाऱ्या रुंदीला नैसर्गिक रुंदी असे म्हणतात.
(२) डॉप्लर परिणामजन्य रुंदी: वर्णरेषा उत्सर्जित करणारे अणू ऊष्मीय गतीमुळे इतस्ततः भटकत असतात. जितके तापमान अधिक तितकी ही गती जोरदार होते. उत्सर्जन करणाऱ्या अणूच्या ऊष्मीय गतीच्या दृष्टिरेषेच्या दिशेतील घटकामुळे होणाऱ्या ⇨डॉप्लर परिणामामुळे उत्सर्जित रेषेची तरंगलांबी वाढते अगर कमी होते. त्यामुळे वर्णरेषा रुंदावते. प्रकाश उद्‌गमाचे तापमान जितके कमी असेल तितकी वर्णरेषा रुंदी कमी असते.
(३) बाह्य परिणाम : प्रकाश उद्‌गमातील तापमान, वायूचा दाब व त्यातील वायुकणांचे स्वरूप यांमुळे वर्णरेषा रुंदावतात. ऊष्मीय गतीमुळे इतस्ततः भटकणाऱ्या वायुकणांच्या आपसांत टकरी होतात. दोन टकरींमधील कालखंडाच्या तुलनेने जेव्हा प्रत्यक्ष टक्कर होण्याचा कालखंड जास्त होऊ लागतो तेव्हा हा परिणाम दिसून येतो. याचे कारण म्हणजे उत्सर्जन करणाऱ्या एखाद्या अणूची जर त्याच वेळी एखाद्या रेणू किंवा आयन कणाशी टक्कर होत असेल, तर तेव्हा तो त्या दुसऱ्या कणाच्या विद्युत् चुंबकीय क्षेत्राच्या प्रभावात असतो. त्यामुळे उत्सर्जित रेषेची कंप्रता बदलून वर्णरेषा रुंदावते. तापमान व दाब जितके अधिक तितके या रेषांचे रुंदावणेही जास्त होते.
वर्णरेषांची दीप्ती तीव्रता (तेजस्वीपणा) : विशिष्ट मूलद्रव्याच्या वर्णपटातील सर्व रेषांचे तेज सारखे नसते. ज्या विशिष्ट संक्रमणामुळे वर्णरेषा उत्सर्जित होते त्या संक्रमणाची संभाव्यता जितकी जास्त तितकी ती रेषा जास्त तीव्र असते. त्याचप्रमाणे या संक्रमणाला आवश्यक त्या उच्च ऊर्जा पातळीत जितके जास्त अणू उद्दीपित होतील तितकी तद्जन्य रेषा जास्त तेजस्वी मिळेल. अणूंचे उद्दीपन कोणत्या पद्धतीने केले जाते त्यावर उद्दीपित अणूंचे प्रमाण अवलंबून असते. उदा., ज्योतीपासून मिळणाऱ्या वर्णरेषांपेक्षा विद्युत् प्रज्योत वर्णरेषा जास्त तेजस्वी असतात. त्याचप्रमाणे प्रकाश उद्‌गमात विशिष्ट प्रकारच्या अणूंची संहती (प्रमाण) जितकी जास्त तितक्या तज्जन्य वर्णरेषा जास्त तेजस्वी मिळतात. अणूंची संहती कमी करत गेल्यास वर्णरेषांची तीव्रता कमी होत जाते व वर्णरेषा क्रमाक्रमाने दिसेनाशा होतात. अशा प्रकारे विशिष्ट मूलद्रव्याच्या बाबतीत ज्या वर्णरेषा सर्वात शेवटी नाहीशा होतात, त्यांना त्या मूलद्रव्याच्या दीर्घस्थायी रेषा म्हणतात.
अंशस्थिर ऊर्जा पातळ्या : अणूची स्वाभाविक प्रवृत्ती किमान ऊर्जा स्थितीप्रत जाण्याची असते. क्षुब्धावस्थेत त्याची ऊर्जा जास्त होते, म्हणून या जादा उर्जेचे विद्युत् चुंबकीय तरंगांच्या स्वरूपात उत्सर्जन करून अणू आपल्या तलस्थितीत म्हणजे किमान ऊर्जा स्थितीला येऊ पाहतो परंतु कित्येकदा क्षुब्धावस्थेत अणू अशा ऊर्जा स्थितीत आलेला असतो की, तेथून तलस्थितीकडे होणारे संक्रमण निवड नियमाविरुद्ध असते व अणू अशा क्षुब्धावस्थेत तुलनेने दीर्घकाळ राहू शकतो. अशा ऊर्जा पातळ्यांना अंशस्थिर ऊर्जा पातळ्या म्हणतात. लेसर या साधनाच्या कार्यात अंशस्थिर ऊर्जा पातळ्या महत्त्वाचे कार्य करतात. उदा., हायड्रोजनामधील 2S1/2 ही पातळी. हायड्रोजनाची तलस्थिती 1S1/2 ही आहे. 2S1/2 या पातळीतून हायड्रोजन अणू संक्रमणाने तलस्थितीत पोचू शकत नाही, कारण 2S1/2 ⟶ 1S1/0 हे संक्रमण Δ/=+ 1 या निवड नियमानुसार निषिद्ध आहे. अशा अंशस्थिर ऊर्जा पातळीतील अणू दुसऱ्या अणूशी किंवा इलेक्ट्रॉनाशी टक्कर होऊन जादा ऊर्जा मिळवून वरच्या पातळीत जातो व तेथून निवड नियमांनी विहित अशी संक्रमणे करून तलस्थितीला येतो.
तरंग यामिकीनुसार सुधारणा : वरील सर्व विवेचन रूद यामिकीनुसार केलेले आहे. त्यात तरंग यामिकीनुसार काही सुधारणा कराव्या लागतात. या सुधारणा प्रत्यक्ष प्रयोगाशी जास्त जुळतात. अशी एक सुधारणा म्हणजे कोनीय संवेगाच्या सूत्रातील होय. कोनीय संवेगाचा पुंजांक /(किंवा L) असल्यास कोनीय संवेग / h या सूत्रापेक्षा √/(/+1)h या सूत्राने जास्त बरोबर दिला जातो. L, S, J, F, I या सर्व पुंजांकांनाही हीच गोष्ट लागू आहे.
या विषयाशी संबंधित अशा झीमान परिणाम व श्टार्क परिणाम यांसाठी अनुक्रमे ‘अणुकेंद्रीय व आणवीय परिबले’ आणि ‘श्टार्क परिणाम’ या नोंदी पहाव्यात.
आणवीय वर्णपटाचा एक मुख्य उपयोग म्हणजे मूलद्रव्याचे रासायनिक विश्लेषण हा आहे व त्याचे विवरण वर केलेले आहे.
रेणवीय वर्णपट
वर्णपट जर रेणूपासून मिळाला असेल, तर त्यास रेणवीय वर्णपट म्हणतात. अशा वर्णपटास पट्ट वर्णपट असेही संबोधिले जाते. आणवीय वर्णपट मुख्यत्वे रेषांचा बनलेला असतो, तर रेणवीय वर्णपट पृथक् व तीव्रता एका बाजूने कमी होत जाणाऱ्या प्रकाशाच्या पट्टांचे बनलेले असतात. पट्टाची एक बाजू स्पष्ट व तीव्रतम असते आणि तिथे सुरुवात होऊन डावीकडे अगर उजवीकडे प्रकाश फिकट होत जातो. स्पष्टपणे दिसणाऱ्या टोकास पट्टाची सुरुवात म्हणजेच पट्टशीर्ष म्हणतात. कधीकधी विस्तारित पट्ट दिसून त्यांत पट्टशीर्ष स्पष्ट नसते. या प्रकारचा वर्णपट रेणूपासून मिळतो, हे सहज दाखविता येते. रेणूंचे तापमान वाढवीत नेल्यास काही वेळाने रेणूंचे विदलन होते म्हणजेच रेणू फुटून त्यांतील अणू वेगळे होतात आणि पट्ट वर्णपट नाहीसा होतो. रेणवीय वर्णपटांत खालील प्रकारच्या तीन रचना दिसून येतात.
(१) प्रत्येक पट्ट हा खूपशा वर्णरेषांचा बनलेला असून त्यांत एक विशिष्ट नियमितपणा आढळतो.
(२) पुष्कळसे पट्ट समूह एकामागोमाग एक असे दिसतात व ते काही विशिष्ट सूत्राने बद्ध झाल्यासारखे दिसतात. पट्टांच्या या समूहास ‘पट्ट-गट ’ असे म्हणतात.
(३) अनेक गटांच्या नियमित मांडणीतून एक पट्ट-व्यूह तयार होतो. रेणवीय वर्णपट अशा अनेक पट्ट-व्यूहांपासून तयार झालेला असतो.
पट्ट-व्यूह वर्णपटाच्या निरनिराळ्या विभागांत दिसून येतात व त्या त्या विभागावरून त्यांची खालीलप्रमाणे विभागणी करता येते.
(अ) परिभ्रमण पट्ट : हे पट्ट प्रामुख्याने वर्णपटाच्या अवरक्त विभागाच्या पलीकडे म्हणजे सूक्ष्मतरंग विभागात मिळतात व ते रेणूंच्या परिभ्रमण गतीमुळे संभवतात.
(आ) परिभ्रमण-कंपन पट्ट : हे पट्ट अवरक्त विभागात दिसतात. रेणूंमध्ये असलेल्या अणूंच्या पारस्पारिक कंपनांमुळे हे पट्ट उद्‌भवतात. अणूंच्या कंपनांच्या जोडीला परिभ्रमण गती असतेच, म्हणून वर्णपटांत या दोन्ही गतींचे दिग्दर्शन होते. प्रत्येक पट्ट सूक्ष्म रेषांचा बनलेला असतो. दोन्ही गतींमुळे उद्‌भवलेल्या या पट्टांना परिभ्रमण-कंपन पट्ट म्हणतात.
(इ) इलेक्ट्रॉनीय पट्ट : हे पट्ट दृश्य व जंबुपार विभागांत दिसतात व ते इलेक्ट्रॉनांच्या ऊर्जा संक्रमणामुळे उद्‌भवतात. इलेक्ट्रॉनांच्या ऊर्जा संक्रमणाशी रेणवीय परिभ्रमण व कंपन हे संलग्न असतात. एकच ऊर्जा संक्रमण अनेक कंपन पट्ट देते व प्रत्येक कंपन पट्ट सूक्ष्म परिभ्रमण रेषांचा बनलेला असतो.
निरीक्षण करण्यासाठी, अभ्यासासाठी व त्यावरून उपयुक्त माहिती मिळविण्यासाठी परिभ्रमण पट्ट हे सहजसुलभ, परिभ्रमण-कंपन पट्ट मध्यम, तर इलेक्ट्रॉनीय पट्ट गुंतागुंतीचे व अवघड असतात. या सर्व वर्णपटांची माहिती विस्तृतपणे ‘रेणवीय भौतिकी’ व ‘रेणवीय संरचना’ या दोन नोंदीत दिलेली आहे. येथे त्यांचा थोडक्यात स्थूलमानाने परामर्श घेतलेला आहे.
प्रायोगिक अभ्यास : (अ) फक्त परिभ्रमण पट्ट असलेले वर्णपट अवरक्त विभागाच्या दूरच्या टोकास किंवा सूक्ष्मतरंग वर्णपटात आढळतात. हायड्रोजन क्लोराइड (HCI) रेणूपासून मिळालेले असे पट्ट अवरक्त शोषण वर्णपटात प्रथम झेर्नी यांना आढळले. ते खालील सूत्राने बद्ध असतात, असे त्यांनी दाखविले.
—
ν = तरंगांक = २०·८४११ J – ०·००१८१४ J2 . . . . (५)
(J = ४, ६, ७, ८, ९, १० न ११). J चे मूल्य पूर्णांकाने बदलत जाते व त्या रेषा जवळजवळ सारख्या अंतरावर असतात. J चे मूल्य १ अगर २ असल्यास अशा रेषा सूक्ष्मतरंग विभागात आढळतात.
(आ) अवरक्त विभागाच्या सुरुवातीस HCl, HBr व HI या हायड्रोजनाच्या संयुगांचे कंपन-परिभ्रमण वर्णपट मिळतात. यांतील शोषण पट्टांच्या दोन शाखा आढळतात. त्यांना P व R अशी नावे दिली आहेत. या दोन शाखांच्या मध्ये पोकळी असते. पोकळीच्या दोन्ही बाजूंस परस्परविरोधी असलेल्या रेषांची तीव्रता जवळजवळ सारखीच असते. HCI रेणूंच्या या पट्टातील रेषांचे तरंगांक खालील सूत्राने मिळतात.
—
ν = २,८८६·२ + २०·५३८ J – ०·३०३ J2 – ०·००१८१ J3 . . . . . . .(६)
पहिले पद (२,८८६·२ सेंमी.–१) वर्णपटाचा विभाग ठरविते. दुसऱ्या पदामुळे रेषांतील स्थूल अंतर मिळते. हे अंतर स्थूलमानाने परिभ्रमण पट्टांतील अंतराइतकेच आहे. J2 व J3 यांना शुद्धी पदे असे म्हणतात व ही पदे रेषांतील अंतर तरंगांकांबरोबर कमी होत जाते, असे दर्शवितात.
सम-अणुकेंद्री (ज्यातील अणुकेंद्रे एकाच प्रकारची आहेत अशा) द्वि-आणवीय रेणूंपासून (उदा., H2, 02, N2) वगैरे असे वर्णपट मिळत नाहीत, कारण हे वर्णपट मिळण्यासाठी रेणूंना विद्युत् परिबल असावे लागते.
(इ) इलेक्ट्रॉनीय पट्ट दृश्य व जंबुपार विभागांत आढळतात. संपूर्ण इलेक्ट्रॉनीय वर्णपटांत पुष्कळ पट्ट गट आढळतात. प्रत्येक पट्टाचे विश्लेषण केल्यास बहुतेक पट्टांत P, Q, R अशा तीन शाखा आढळतात, तर काही पट्टांत P, R या दोनच शाखा आढळतात. निरनिराळ्या पट्टांतील अंतर हे स्थूलमानाने समी. (६) मधील पहिल्या पदाइतके असते आणि त्या पट्टातील सूक्ष्म रेषांचे अंतर दुसऱ्या पदाइतके असते. यावरून प्रत्येक पट्ट हा इलेक्ट्रॉनीय कंपन-परिभ्रमण स्थित्यंतरापासून उद्‌भवतो हे स्पष्ट होते.
सैद्धांतिक विवरण : (अ) रेणवीय वर्णपटासंबंधीचा सिद्धांत द्वि-आणवीय रेणूचे उदाहरण घेऊन स्पष्ट होईल. अशा रेणूत दोन अणूंमधील अंतर अणूंच्या आकारमानापेक्षा खूप जास्त असते. असा रेणू त्याच्या गुरुत्वमध्यातून जाणाऱ्या लंब अक्षाभोवती परिभ्रमण करू शकतो. अणूच्या कुठल्याही परिभ्रमणाचे X, Y, Z या दिशांमध्ये वियोजन करता येते. तसेच दोन अणूंना जोडणाऱ्या रेषेत त्यांची दोलन गतीही असू शकते व हे दोलन वर्णपटांचा कंपन भाग देते. यावरून असे दिसते की, रेणूंची संपूर्ण ऊर्जा (E) ही मुख्यत्वे तीन ऊर्जा भागांची मिळून बनते. त्या म्हणजे परिभ्रमण ऊर्जा (Er), कंपन अगर आंदोलन ऊर्जा (Ev) व इलेक्ट्रॉनांच्या ऊर्जा स्थितीमुळे निर्माण होणारी इलेक्ट्रॉनीय ऊर्जा (Ee) म्हणून
E= Er + Ev +Ee Ee >> Ev >> Er . . . . . . (७)
(आ) रेणवीय वर्णपटातील ऊर्जा पुंजांकित असतात व त्यांकरिता e, v, r असे पुंजांक वापरले जातात.
(इ) रेणूतील प्रत्येक प्रकारच्या ऊर्जा स्थितीसाठी म्हणजे परिभ्रमण, कंपन व इलेक्ट्रॉनीय या तिन्ही ऊर्जा समूहांसाठी वापरली जाणारी समीकरणे ‘रेणवीय भौतिकी’ या नोंदीत दिली आहेत. त्याचा संक्षिप्त गोषवारा येथे दिला आहे.
परिभ्रमणाकरिता एक द्वि-आणवीय रेणू उदाहरण म्हणून घेऊ. परस्परांपासून r0 या अंतरावर असलेल्या दोन अणूंची वस्तुमाने अनुक्रमे m1, m2 आहेत व गुरुत्वमध्यापासून त्यांची अंतरे r1, r2 असतील, तर
r1 = m2r0/(m1+m2 ) r2 = m1r0/(m1+m2 ) . . . (८)
अशा द्वि-आणवीय रेणूचे त्याच्या गुरुत्वमध्यातून जाणाऱ्या अक्षाभोवतीचे निरूढी परिबल (I)
I = m1r12 + m2r22 = M . r02 …. ….. …… ( ९ )
M = m1m2 / m1+m2 हे रेणूचे न्यूनीकृत वस्तुमान दाखविते.
या रेणूचा कोनीय संवेग PΦ= Iω यात ω हा कोनीय वेग आहे.
बोर सिद्धांताप्रमाणे परिभ्रमण गतीकरिता गतिजन्य ऊर्जा पातळ्या खालील सूत्राने मिळतात.
Ej = h2 / 8π2I . J2 ….. …….. ……. (१०)
येथे h = प्लांक स्थिरांक, I = निरूढी परिबल व J = परिवलन पुंजांक आहेत.
श्रोडिंजर तरंग समीकरणाचा उपयोग केल्यास हे सूत्र
Ej = h2/8π2I J (J + 1) जूल (J = 0, 1, 2, ….) ……. (११)
असे मिळते. परिभ्रमणामुळे मिळणाऱ्या वर्णपटांत रेषांचा निर्देश तरंगांकाने केला जातो. त्यानुसार हे सूत्र बोर सिद्धांताप्रमाणे
v— = Ej / hc = h/8π2IC J2 (सेंमी.-१) असे मिळते.
जर h / 8π2Ic = B हा स्थिरांक घातला, तर v– = BJ2 असे येते.
या ऊर्जा पातळ्या आ. २२ मध्ये दाखविल्या आहेत. वर्णपटात येणाऱ्या रेषा जेव्हा रेणू एक ऊर्जा पातळीवरून दुसऱ्या ऊर्जा पातळीवर जातो, तेव्हा त्यांतील ऊर्जांतरावरून मिळते.
Ej1 → j2 = (h2/ 8π2I) (J22-J12) (सेंमी.-१)
श्रोडिंजर तरंग समीकरणावरून असे दाखविता येते की, ऊर्जा संक्रमण फक्त J च्या मूल्यात एकाचा फरक झाल्यासच होऊ शकते. म्हणजेच ∆J = + 1 हा निवड नियम आहे. यावरून असे दिसते की, J1→J2, J2→J3 वगैरे कंप्रता रेषा समान अंतर ठेवून वर्णपटात याव्यात पण वर पाहिल्याप्रमाणे J2 पदांनी ऊर्जांतर कमी होत जाऊन रेषा जवळ येत जातात व फरक स्थिर राहत नाही. याचे कारण कोनीय वेग ω हा J वर अवलंबून असतो. जसा परिभ्रमण वेग वाढतो तशी अपमध्य प्रेरणा [→ यामिकी ] वाढून r0 हे दोन अणूंमधील अंतर वाढते म्हणजे I वाढते व ऊर्जा मूल्य कमी होते. हा वर्णपट मिळण्यास विद्युत् द्विध्रुवी परिबलात परिवर्तन होणे आवश्यक आहे. ते N2, O2 अशा समअणुकेंद्री रेणूंमध्ये शक्य होत नाही म्हणून त्यांचा परिभ्रमण वर्णपट मिळत नाही.
(ई) दोन अणू एकमेकांशी संयोग पावून सहसंयुजी (दोन इलेक्ट्रॉनांची अणूंमध्ये समान भागीदारी होऊन) रेणू निर्माण करतात. स्थिर अवस्थेत ते दोन अणू req या अंतरावर स्थिरावतात व त्यांत एक बंधन प्रेरणा असते. ते एका स्प्रिंगेने जोडलेल्या दोन गोळ्यांसारखे असतात. साहजिकच परिभ्रमणाबरोबर त्यांच्यात कंपन गती शक्य असते. ह्यांच्यात असलेल्या बंधन प्रेरणेला हुक यांचा नियम [ → स्थितिस्थापकता] लावता येतो. बंधन प्रेरणा f = – k (r – req) येथे f ही पूर्वस्थितीस आणणारी किंवा पुनःस्थापक प्रेरणा, k प्रेरणा स्थिरांक व r दोन अणुकेंद्रांमधील अंतर आहेत. अशा रेणूंची कंप्रता ωosc खालील सूत्राने दिली जाते.
wosc = 1 / 2π √ k/μ हर्ट्झं
यात k हा प्रेरणा स्थिरांक व μ न्यूनीकृत वस्तुमान आहे. श्रोडिंजर तरंग समीकरणावरून असे दाखविता येते की, कंपन ऊर्जा पुंजीकृत असते व ती Fv= (v+½) hv या समीकरणाने देतात.
यात v हा कंपन पुंजांक असून याची मूल्ये ०, १, २, ……. अशी पूर्णांकात असतात. हे सूत्र हरात्मक आंदोलकाची [ → पुंजयामिकी] ऊर्जा दर्शविते. जर आदर्श हरात्मक आंदोलन नसेल, तर खालीलप्रमाणे शुद्धी पद जोडावे लागते.
Ev = (v + ½ ) hv – (v + ½ )2 x hv
यात x हा स्थिरांक आदर्श हरात्मक आंदोलकापासून विचलन (अहरात्मकता) दर्शवितो व v हा कंपन पुंजांक आहे. याचा निवड नियम ∆v = +1, +2, +3 ….. या सूत्राने दर्शविला जातो. अशा हरात्मक आंदोलकाच्या वर्णपटातील कंपन रेषेची कंप्रता
v = Ev1 – Ev2 / h या सूत्राने मिळते.
द्वि आणवीय रेणूच्या परिभ्रमणीय (Erot) व कंपनीय (Evib) अशा दोन्ही प्रकारच्या ऊर्जांत एकाच वेळी बदल होत असल्याने रेणूची एकूण ऊर्जा
Etotal = Erot + Evib जूल किंवा v– = v–vib + v–rot असे समीकरण मांडता येते.
v– = v–osc ∆v + ( h/8π2Ic) (2J + 1) ( सेंमी.-१)
यावरून असे दिसते की, दुसऱ्या पदाचे मूल्य शून्य कधीच होत नाही, म्हणून P व R या दोन शाखांच्या मध्यभागी v = v0 ही रेषा कधी दिसत नाही. [ → रेणवीय भौतिकी रेणवीय संरचना].
इलेक्ट्रॉनीय वर्णपट : रेणूमध्येसुद्धा इलेक्ट्रॉनांच्या निरनिराळ्या ऊर्जा पातळ्या असतात. इलेक्ट्रॉनीय संक्रमणामुळे इलेक्ट्रॉनाबरोबर इतर ऊर्जांतही बदल होतो व त्यामुळे वर्णपटामध्ये एका रेषेऐवजी पट्टांच्या श्रेणी मिळतात. प्रत्येक पट्ट कंपन ऊर्जेत झालेल्या बदलामुळे निर्माण होतो व त्यामुळे v’ व v” या कंपन पुंजांकांची मूल्ये निगडित असतात. परिभ्रमण ऊर्जेतील झालेल्या बदलामुळे पट्टातील सूक्ष्मरचना मिळते. परिभ्रमण वर्णरेषा समान अंतरावर नसतात व पट्टाच्या उच्च कंप्रता किंवा निम्न कंप्रता परिसीमेवर एकवटतात. जर B’- B” धन मूल्याचे असेल, तर वर्णपट उच्च कंप्रता परिसीमेकडे एकत्रित होऊन तेथे त्याची तीक्ष्ण कडा दिसते. याउलट म्हणजे B’-B” ऋण मूल्यांचे असल्यास उच्च कंप्रता परिसीमेकडे कडा दिसते. इलेक्ट्रॉनीय संक्रमणाकरिता खालील सामान्य सूत्र मिळते.
hv = (Ee‘-Ee”) + (Ev‘-Ev”) + (Er‘-Er”)
= h (νe + νv + νr)
या सूत्रांत Ee‘, Ev‘ व Er‘ हे उत्तेजित अवस्थेकरिता अनुक्रमे इलेक्ट्रॉनीय, कंपन व परिभ्रमण ऊर्जा दाखवितात आणि Ee” वगैरे राशी प्राथमिक अवस्थेकरिता असणारी त्यांची मूल्ये दाखवितात इलेक्ट्रॉनीय वर्णपटाकरिता कंपन ऊर्जेचे व परिभ्रमण ऊर्जेचे निवड नियम अनुक्रमे ∆v = + 1 व ∆J = 0, + 1 असे असतात. रेणूच्या या वर्णपटाची विस्तृत माहिती ‘रेणवीय भौतिकी’ या नोंदीत दिली आहे.
रेणूंच्या इलेक्ट्रॉनीय वर्णपटाकरिता दोन इलेक्ट्रॉन ऊर्जा अवस्थांमध्ये इलेक्ट्रॉनाचे संक्रमण व्हावे लागते. अणूंच्या भोवती असलेल्या इलेक्ट्रॉनांच्या बाबतीत आपण हेच पाहिले पण अणूंच्या ऊर्जा अवस्था काढणे सोपे आहे. त्यापेक्षा रेणूच्या इलेक्ट्रॉनीय ऊर्जा अवस्थांचा अभ्यास करणे अधिक किचकट आहे. याकरिता मुख्यतः दोन पद्धतींचा अवलंब करावा लागतो : (१) संयुजा बंध सिद्धांत [ → संयुजा] व (२) रेणवीय परिकक्ष सिद्धांत [ → पुंज रसायनशास्त्र]. पहिल्या पद्धतीत अणू जोडणाऱ्या बंधांच्या इलेक्ट्रॉनांच्या अणुविशिष्ट पातळ्या लक्षात घेऊन त्यांच्या संयोगातून रेणूच्या ऊर्जा अवस्था काढतात. दुसऱ्या पद्धतीमध्ये पूर्ण रेणूला अणूसारखेच ऊर्जा कवच कल्पित करून व नंतर त्यांत इलेक्ट्रॉनाचे अस्तित्व गृहीत धरून इलेक्ट्रॉनीय ऊर्जा अवस्था काढतात. इलेक्ट्रॉनीय ऊर्जा अवस्थांना अपूर्ण कवचांच्या इलेक्ट्रॉनांच्या कक्षीय परिभ्रमण स्थिरांकांवरून निरनिराळी नावे दिली आहेत : जसे द्वि-आणवीय ऊर्जा पटात ∑ , π, ∆, वगैरे. यापेक्षा जास्त अणू असलेल्या रेणूंकरिता ⇨गट सिद्धांत वापरून रेणवीय इलेक्ट्रॉनीय ऊर्जा अवस्था काढता येते. त्यांना A, E वगैरे संबोधने देतात. अपूर्ण ऊर्जा कवचातील इलेक्ट्रॉनांच्या परिभ्रमण स्थिरांकांची बेरीज करून इलेक्ट्रॉनीय स्थिती एकेरी, दुहेरी अगर तिहेरी हे काढतात : जसे 1∑ , 2∑ , 2π, 2A, 3B वगैरे.
रेणवीय वर्णपटाशी संबंधित अशा आणखी काही विषयांचा थोडक्यात परामर्श खाली घेतला आहे.
रामन वर्णपट: रामन वर्णपटाविषयी विस्तृत माहिती ‘रामन परिणाम’ या नोंदीत दिलेली आहे. जेव्हा रेणू व फोटॉन (प्रकाश पुंजकण) यांचा संयोग होतो तेव्हा त्यांत ऊर्जा बदल होतात आणि अगोदरच्या व नंतरच्या ऊर्जांतील फरक हा रेणूच्या दोन शक्य असलेल्या दोन ऊर्जा अवस्थांतील फरकाइतका असतो. रेणूने फोटॉनाकडून घेतलेली अगर त्याला दिलेली ऊर्जा ∆E असेल, तर प्रकीर्णित (विखुरल्या गेलेल्या) फोटॉनांची कंप्रता अनुक्रमे vo– ∆ E/h अगर vo + ∆E /h असते. यांना स्टोक्स व प्रतिस्टोक्स रेषा म्हणतात. रेणूने ऊर्जा घेण्याची शक्यता नेहमी जास्त असल्यामुळे स्टोक्स रेषा तेजस्वी असतात. रेणूचा रामन वर्णपट हा रेणूच्या इलेक्ट्रॉनीय, परिभ्रमण किंवा कंपन वर्णपटाशी संबंधित असतो. रामन वर्णपटाचा अभ्यास हा मुख्यत्वे करून कंपन व परिभ्रमण वर्णपटांच्या अभ्यासात पूरक होतो.
रामन परिभ्रमण वर्णपट : रामन परिभ्रमण वर्णपटात निवड नियम ∆J = 01 + 2 असा असतो. ∆J = 0 हे रॅली प्रकीर्णन [→ प्रकाशकी] देते व ∆J = + 2 हे रामन कंप्रता देते. साहजिकच रामन कंप्रतेकरिता (v करिता) Ej = ( h2/8π2I) J (J + 1) या सूत्रावरून v = vo + ( h/8π2I) ( 4 J + 6 ) हे सूत्र मिळते. धन चिन्ह स्टोक्स रेषा देते व ऋणचिन्ह प्रतिस्टोक्स रेषा देते. या दोन शाखांच्या पहिल्या रेषांतील अंतर 6 B इतके असते व त्यानंतरचे अंतर 4 B इतके असते. यावरून I चे मूल्य काढता येते. याचा मुख्य कायदा म्हणजे सम-अणुकेंद्री रेणूंना विद्युत् द्विध्रुवी परिबल नसल्यामुळे त्यांचा दूर अवरक्त वर्णपट मिळत नाही, पण रामन परिभ्रमण वर्णपट मिळतो. त्यामुळे त्यांच्या संरचनेचा अभ्यास करणे शक्य होते.
रामन कंपन वर्णपट : Ev = (v + ½) hνo-(v + ½)2 x hνo या सूत्राने कंपन ऊर्जा मिळते, हे वर दिलेले आहे. त्याचे निवड नियम ∆v = 0, + 1, + 2 वगैरे असेच असतात. या नियमाप्रमाणे (v) → 0 → 2 असे वर्णगट मिळतात व त्यांच्यातील अंतर x च्या प्रमाणात कमी होत जाते. [ → रामन परिणाम].
अनुस्फुरण वर्णपट : काही पदार्थांवर प्रकाश अथवा अन्य उत्तेजक ऊर्जा टाकली असता विशिष्ट परिस्थितीत ते स्वतःच प्रकाशाचे उत्सर्जन करू लागतात. यास ⇨संदीप्ती असे म्हणतात. ही दोन तऱ्हांची असते. उत्तेजित करणारा प्रकाश थांबताच उत्सर्जित प्रकाश थांबतो तेव्हा त्याला अनुस्फुरण म्हणतात आणि उत्तेजित करणारा प्रकाश थांबल्यानंतरसुद्धा पदार्थ प्रकाश उत्सर्जित करतात तेव्हा त्याला प्रस्फुरण म्हणतात. रेणूमधील अनुस्फुरण हे रेणूतील शोषण वर्णपटाच्या बरोबर उलटे होय. प्रकाशाचे शोषण होऊन रेणू उत्तेजित इलेक्ट्रॉनीय अवस्थेत पोहोचतो व तेथून तो स्थिर अवस्थेत येत असताना हा वर्णपट मिळतो. शोषणाप्रमाणेच उत्सर्जनामध्ये सुद्धा इलेक्ट्रॉनीय संक्रमणाबरोबरच कंपन व परिवलन संक्रमणे असतात, म्हणून हा वर्णपट पट्टापट्टांचा बनलेला असतो. दोन पट्टांमधील अंतर हे इलेक्ट्रॉनीय अवस्थेच्या कंपन कंप्रतेबरोबर असते व एकाच पट्टातील सूक्ष्मरेषांचे अंतर हे स्थिर अवस्थेच्या परिवलन कंपनाइतके असते. शोषण वर्णपटामुळे फ्रांक–काँडन तत्त्वाप्रमाणे [ → रेणवीय भौतिकी] उत्तेजित इलेक्ट्रॉनीय अवस्थेचे रूप मिळते. त्याउलट अनुस्फुरण वर्णपटांत स्थिर अवस्थेच्या विविध ऊर्जा पातळ्यांसंबंधी माहिती मिळते. प्रकाश शोषणाने रेणू उत्तेजित अवस्थेत जातो व कधीकधी ऊर्जा विचलन होऊन अशा इलेक्ट्रॉनीय अवस्थेत येतो की, तेथून स्थिर अवस्थेकडे संक्रमण निषिद्ध असते. अशा वेळी आपाती प्रकाश काढून घेतला, तरी रेणू त्याच अवस्थेत राहून काही वेळाने प्रकाश उत्सर्जित करतो म्हणजेच त्याचे प्रस्फुरण होते. अनुस्फुरण वर्णपटाच्या अभ्यासास आणवीय व रेणवीय वर्णपटांप्रमाणेच उपकरणे लागतात. उत्तेजित करणारे प्रारण शक्य तितके एकवर्णी व तीव्र असावे लागते. अचूक मापनासाठी वर्णरेषेची रुंदी अतिशय कमी असावी लागते.
सूक्ष्मतरंग वर्णपट : या विभागात येणाऱ्या विद्युत् चुंबकीय तरंगांची तरंगलांबी १ मिमी. ते जवळजवळ ३० सेंमी. असते म्हणजे कंप्रता लहान असते. हा विभाग वर्णपटात अवरक्त भागाच्या पलीकडे असतो. यात मुख्यतः रेणूंच्या परिभ्रमणासंबंधी विस्तृत माहिती मिळते. J या स्थिरांकांची मूल्ये लहान असल्यास त्यांची कंप्रता कमी असते, हे समजण्याकरिता रेणूंच्या संरचनेचे परिभ्रमणसदृश काही प्रकार विचारात घ्यावे लागतात. कोणत्याही सदिश राशीप्रमाणे परिभ्रमणाचे तीन परस्परांस लंब असलेल्या X, Y, Z अक्षांवरील घटक विचारात घ्यावे लागतात. या तीन अक्षांभोवती तीन प्रमुख परिबले IA, IB, IC असतात. या तीन घटकांच्या परस्पर गुणधर्मांवरून रेणूंचे पुढील प्रकार संभवतात. जर यांतील दोन परिबले एकसारखी असली [म्हणजे IB = IC, IA = 0], तर एका प्रकारात द्विआणवीय व इतर सरळ रेषेत अणू असलेले रेणू येतात (उदा., H-Cl, O-C-O). दुसऱ्या प्रकारचे रेणू म्हणजे IB = IC, IA ≠ 0 यांत सममित भोवऱ्यासारखे CH3F असे रेणू येतात. तिसऱ्या प्रकारात IA = IB = IC असे गोलाकार भोवऱ्यासारखे रेणू असतात उदा., CH4. यांतील पहिल्या दोन प्रकारांमध्ये रामन ऊर्जाबदलामुळे विद्युत् द्विध्रुवी परिबल निर्माण होऊ शकते व यांचा परिभ्रमण वर्णपट मिळतो. शेवटच्या भोवऱ्यासारख्या रेणूंमध्ये ते होत नसल्याने त्यांचा परिभ्रमण वर्णपट मिळत नाही. याकरिता क्लायस्ट्रॉन नलिका [ → सूक्ष्मतरंग] विद्युत् चुंबकीय तरंग निर्माण करण्यासाठी वापरतात. तिची कंप्रता साहाय्यक उपकरणांच्याद्वारे बदलता येते. अशा विद्युत् चुंबकीय क्षेत्रात पदार्थ कमी दाबात वायुरूपात ठेवला जातो व त्याच्या शोषण वर्णपटात त्याच्या रेणूच्या संरचनेनुसार त्याच्या परिभ्रमण वर्णपटातील निरनिराळ्या कंप्रता मिळतात.
श्टार्क परिणाम : विद्युत् क्षेत्रात अणू असल्यास त्याच्या उत्सर्जित वर्णपटातील रेषांचे विघटन होते. परिभ्रमण वर्णपटांच्या रेषांचे सुद्धा तसेच विघटन विद्युत् क्षेत्रात होते. रेणूंचे विद्युत् द्विध्रुवी परिबल μe असेल, तर विद्युत् क्षेत्रात त्यांच्या परिभ्रमण ऊर्जा पातळ्यांत फरक पडतो. विद्युत् क्षेत्राची तीव्रता E असले, तर एकरेषीय रेणूकरिता कंप्रतेतील फरक ∆v ∝ (μe E)2 व सममित भोवरा रेणूकरिता ∆v ∝ μe E असतो. परिभ्रमण वर्णपटाने J स्थिरांकाचे मूल्यही काढता येते. श्टार्क परिणामात प्रत्येक J पातळीचे (2 J + 1) इतक्या पातळ्यांत विघटन होते. याचा J चे मूल्य ठरविण्यास उपयोग होतो. [→ श्टार्क परिणाम].
ज्वलन परिणाम : शुद्ध वायूंचे ऑक्सिजनामध्ये वा हवेमध्ये ज्वलन होत असताना वर्णपट घेतले, तर अनेक साध्या द्वि-आणवीय मुक्त मूलकांचे (स्वतंत्रपणे अस्तित्वात राहू शकणाऱ्या अणुसमुच्चयांचे) पट्ट दिसून येतात. हायड्रोजन ज्योतीमध्ये पुढील गोष्टी मुख्यत्वे आढळून येतात : (१) OH मूलकाचा तीव्र पट्ट-व्यूह. या पट्टव्यूहात ३,०६३·७ Å या तरंगलांबीजवळ (०, ०) हा पट्ट आढळून येतो. दुसरा तीव्र पट्ट (१, ०) हा २,८११ Å या तरंगलांबी विभागात दिसतो. या पट्टाची परिभ्रमण रचना पुष्कळच स्पष्टपणे दिसते. (२) खूप तापलेल्या हायड्रोजन-ऑक्सिजन ज्योतीत सी. रुंगे व व्ही. शूमान यांच्या नावाने ओळखण्यात येणाऱ्या व्यूहापैकी काही पट्ट दिसतात. (३) मूलकांचे पुन्हा संयोगीकरण झाल्याने काही वेळा थोडासा अखंडित वर्णपटही दिसतो.
बन्सन ज्वालकाच्या ज्योतीतील तीव्र प्रकाशाच्या अंतर्ज्योतीमधून C2 व CH ही दोन प्रमुख मूलके मिळतात. C2 च्या वर्णपटातील पट्टांची तीव्रता हिरव्या वर्णपटात जास्त असते व लघू तरंगलांब्यांकडे त्यांची तीव्रता कमी होत जाते. या पट्टांच्या परिभ्रमण रचनेतील वर्णरेषा जवळजवळ असतात. अपेक्षित रेषांपैकी एकाआड एक रेषा नाहीशी झालेली दिसते. याचाच अर्थ रेणू दोन सारख्याच अणुकेंद्रांचा बनलेला असतो (सम-अणुकेंद्री रेणू). त्यामुळे त्या रेषा C2 च्या आहेत हे अधिक स्पष्ट होते. CH रेणूंचे दोन तीव्र पट्ट जंबुपार विभागात आढळून येतात. एकाचे पट्ट शीर्ष ४,३१५ Å येथे असून तो लघू तरंगलांब्यांकडे निस्तेज होत जातो. दुसरा ३,९०० Å तरंगलांबीजवळ असून तो दीर्घ तरंगलांब्यांकडे निस्तेज होत जातो. याशिवाय ज्योतीच्या शंकूमध्ये OH चे तीव्र पट्ट आढळतात.
ज्योतीच्या आवरणाच्या वर्णपटात OH व CO यांचे पट्ट आढळतात. नायट्रोजन संयुगाच्या ज्वलनातून CN, NH व NO मूलके आढळून आलेली आहेत. अवरक्त विभागात H2O व CO2 या स्थिर घटकांचे परिभ्रमण-कंपन वर्णपट दिसतात. ईथरासारख्या काही कार्बनी पदार्थांच्या ज्योतीस ‘थंड ज्योत’ म्हणतात, कारण या पदार्थांपासून ज्योत मिळण्यास इतरांच्या मानाने खूपच कमी तापमान लागते. अशा पदार्थांत फॉर्माल्डिहाइड मूलक आढळून येते.
ज्योत वर्णपटात मिळणारी अस्थिर मूलके स्वतंत्रपणे तयार करणे कठीण असते. त्यांच्या अभ्यासाचा उपयोग खगोलीय वस्तूंच्या वर्णपटांच्या अभ्यासात होतो उदा., धूमकेतूंचे वर्णपट हे बऱ्याचदा काही ज्योत वर्णपटांशी जुळतात. त्यामुळे धूमकेतूतील घटक द्रव्ये व तापमान याबद्दल अंदाज करता येतात. [ → ज्योत ज्योत प्रकाशमापन].
अणुकेंद्रीय चुंबकीय अनुस्पंदन : तीव्र चुंबकीय क्षेत्रात ठेवलेल्या अणुकेंद्रांच्या समुदायाकडून विद्युत् चुंबकीय ऊर्जेचे होणारे अनुस्पंदनी शोषण (विशिष्ट कंप्रतेला होणारे विद्युत् चुंबकीय प्रारणाचे शोषण) म्हणजे अणुकेंद्रीय चुंबकीय अनुस्पंदन होय. हा आविष्कार रेडिओ-कंप्रता वर्णपटविज्ञानाची एक शाखा असून अणुकेंद्रीय गुणधर्मांचे मापन, चुंबकीय क्षेत्राचे सुनिश्चित मापन, ⇨घन अवस्था भौतिकी व रासायनिक विश्लेषण यांमध्ये त्याचा उपयोग होतो. या आविष्कारास काही वेळा अणुकेंद्रीय प्रवर्तन असेही म्हणतात.
बाहेरून लावलेल्या बलवान चुंबकीय क्षेत्राचा (B ∼ १०,००० गौस) परिणाम घन, द्रव वा वायू स्थितीतील पदार्थांच्या अणुकेंद्रीय चुंबकीय परिबलावर [→ अणुकेंद्रीय व आणवीय परिबले] होऊन त्यांची दिक्‌स्थिती बदलते. या तत्त्वानुसार अणुकेंद्रीय परिवलनांक I व चुंबकीय परिबल μ आणि बलवान चुंबकीय क्षेत्रात (B) ठेवलेल्या अणुकेंद्रांची एकूण शक्य दिक्‌स्थिती मूल्ये 2I + 1 असतात आणि संगत पुंज ऊर्जामूल्ये – m μ B / I असतात. यात m ही राशी I, I-1, ……, 0, – I, …… – I या 2 I + 1 मूल्यांपैकी कोणतेही मूल्य घेऊ शकते. आता या अणुकेंद्रावर विद्युत् चुंबकीय प्रारण पडल्यास व जर त्या प्रारणात एखादी विशिष्ट कंप्रता ν अशी असेल की, जिच्यामुळे त्या कंप्रतेशी संबंधित असलेली ऊर्जा hν अणुकेंद्राच्या दोन ऊर्जा पातळ्यांतील फरकाइतकी असेल, तर ते अणुकेंद्र त्या ऊर्जेचे शोषण करून वरच्या ऊर्जा पातळीत जाईल (∆m = – 1) किंवा काही वेळा ऊर्जेचे उत्सर्जनही करील (∆m = + 1). याचाच अर्थ अणुकेंद्राच्या ऊर्जेमध्ये अनुस्पंदित बदल होतो व अशा वेळी hν = μB/ I हा नियम पाळला जातो. शोषणाची व उत्सर्जनाची शक्यता सारखीच असते परंतु सर्वसाधारणपणे कमी ऊर्जा असलेल्या ऊर्जा पातळीत जास्त अणुकेंद्रे असतात म्हणून शोषण संक्रमणेच जास्त प्रमाणात होतात. याप्रमाणे आपाती प्रारणाचे शोषण होऊन निरनिराळ्या ऊर्जा पातळ्यांतील अणुकेंद्रांची संख्या अखेरीस समान होऊन संतृप्त स्थिती प्राप्त होते. वरील सूत्रावरून असे दिसते की, B ज्ञात असल्यास शोषण वर्णपटाच्या मापनावरून μ व I यांच्यासंबंधी माहिती मिळू शकते. हे वर्णपट रेडिओ-कंप्रता विभागात असतात. [→ अनुस्पंदन ].
इलेक्ट्रॉन समचुंबकीय अनुस्पंदन (ईपीआर) किंवा इलेक्ट्रॉन परिवलन अनुस्पंदन (ईएसआर): समचुंबकीय पदार्थांची चुंबकीय प्रवणता [→ चुंबकत्व] स्थिर चुंबकीय क्षेत्रात मोजत असताना काही वेळा क्षेत्र अगदी थोडे जरी बदलल्यास प्रवणतेत एकदम फरक पडलेला आढळतो. या आविष्कारास समचुंबकीय अनुस्पंदन म्हणतात. या आविष्काराचे स्पष्टीकरण करण्यासाठी प्रत्येक पदार्थात सूक्ष्म स्वरूपाचे चुंबकीय द्विध्रुव असतात असे मानावे लागते. अशा द्विध्रुवाकरिता स्पष्ट व रेखीव अशा ऊर्जा अवस्था असतात. या ऊर्जा अवस्थांतील विभाजन चुंबकीय क्षेत्राच्या तीव्रतेवर अवलंबून असते. पदार्थावर प्रारणाचा मारा झाल्यावर दोन ऊर्जा पातळ्यांतील फरकाइतका ऊर्जापुंज प्रारणातून शोषला जातो. या आविष्कारास समचुंबकीय अनुस्पंदन म्हणतात. अणुकेंद्रीय चुंबकीय अनुस्पंदनामध्ये शोषल्या जाणाऱ्या पुंजांची ऊर्जा ही अणुकेंद्र परिवलनाच्या दोन ऊर्जा अवस्थांतील फरकाइतकी असते, तर समचुंबकीय अनुस्पंदनामध्ये शोषल्या जाणाऱ्या पुंजांची ऊर्जा इलेक्ट्रॉन परिवलनाच्या दोन पातळ्यांतील फरकाइतकी असते. यामुळे या आविष्काराला इलेक्ट्रॉन परिवलन अनुस्पंदन असेही म्हणतात. या आविष्कारात मिळणारे वर्णपट सूक्ष्मतरंग वर्णपटांच्या पलीकडे परंतु अणुकेंद्रीय चुंबकीय अनुस्पंदन वर्णपटांच्या अलीकडे मिळतात.
समचुंबकीय अनुस्पंदासाठी पुढील साधने लागतात : (१) आवश्यक ते प्रारण देणारा उद्‌गम (क्लायस्ट्रॉन), (२) त्यातील कंप्रतेशी अनुस्पंदन करणारे विवर [या विवरात समचुंबकीय पदार्थ ठेवला जातो → विवर अनुस्पंदक], (३) अभिज्ञातक (शोधक), (४) ज्याची तीव्रता बदलता येईल असे एकविध चुंबकीय क्षेत्र. एकविध क्षेत्र मिळविण्यासाठी चांगले विद्युत् चुंबक वापरावे लागतात.
विवरातील पदार्थात जर समचुंबकीय अनुस्पंदन झाले, तर विवराचा संरोध (एकूण विद्युत् रोध) बदलतो व त्याची अभिज्ञातक नोंद घेतो. हा बदल अतिशय सूक्ष्म असल्याने विवर्धन केल्याखेरीज तो मोजता येत नाही.
इलेक्ट्रॉन समचुंबकीय अनुस्पंदन १९४५ मध्ये प्रथम आढळून आले. असे प्रयोग बऱ्याच इतर द्विध्रुवांवर, विशेषतः अणू व रेणू घटकांवर, केले गेले असून त्यामुळे घन पदार्थातील रेणूंच्या संरचनेबद्दल माहिती मिळू शकते. या आविष्काराच्या साहाय्याने मुक्त मूलकांचे अभिज्ञान अचूकपणे करता येते. जोडी नसलेले इलेक्ट्रॉन परिवलन असलेल्या रेणूंचे (उदा., कार्बनी मुक्त मूलके, संक्रमणी धातूंच्या जटिलांचे विविध प्रकार) अभिज्ञानही या आविष्काराने सुलभपणे करता येते.
पाध्ये, म. रा. पुरोहित, वा. ल. गुप्ते, रा. द. टिल्लू, अ. दा. भोसले, ना. वि.
खगोलीय वर्णपटविज्ञान
अणू, रेणू, मूलके व संयुगे यांच्या वर्णपटविषयक ज्ञानाचा उपयोग करून आकाशस्थ ज्योतीसंबंधी माहिती मिळविणे हा खगोलीय वर्णपटविज्ञानाचा उद्देश होय. सूर्य, ग्रह, तारे, वायुमय अभ्रिका [ → अभ्रिका] व दीर्घिका ( तारामंडले ) यांच्या वर्णपटांवरून त्यांमधील परिस्थितीचे ज्ञान होते. उदा., ताऱ्यांच्या वातावरणात किंवा आंतरतारकीय अवकाशात तापमान, दाब, आयनीभवनावस्था, रासायनिक संघटन, चुंबकीय क्षेत्र व गतिमान कसे आहे, हे अजमाविता येते.
आकाशस्थ ज्योतींचे वेध घेण्याच्या तंत्रातील सुधारणा, छायाचित्रण व प्रकाशविद्युत् मापन या कलांचा विकास, डॉप्लर तत्त्वाचा [→ डॉप्लर परिणाम] खगोलीय वर्णपटात उपयोग आणि ताऱ्यांच्या वातावरणातून प्रारणाचे प्रसारण कसे होते त्याबद्दल झालेले ज्ञान यांमुळे खगोलीय वर्णपटविज्ञानाच्या निरनिराळ्या उपशाखा उत्पन्न झाल्या. त्या अशा : (अ) तारकीय वर्णपटांचे वर्गीकरण, (आ) अरीय (निरीक्षक व आकाशस्थ ज्योती यांना जोडणाऱ्या रेषेतील) वेगाचे मापन, (इ) तारकीय शोषणरेषा उत्पन्न करणारे पदार्थ ठरवून मूलद्रव्यांच्या प्रमाणांची निश्चिती, (ई) सूर्यविज्ञान, (उ) ताऱ्यांच्या वातावरणांतील तापमानादि परिस्थितीचा अभ्यास, (ऊ) आंतरतारकीय द्रव्याचा अभ्यास, (ए) दीर्घिकांचा अभ्यास वगैरे. या विविध शाखांच्या विकासाच्या प्रयत्नांत पुढाकार घेणाऱ्यांत सर्व देशांतील ज्योतिर्विदांचा समावेश झाला आहे, त्यांपैकी काहींची नावे पुढे येतील.
उपकरणे : (अ)फटीचा वर्णपटलेखक: खगोलीय वर्णपटलेखकात नेहमीच्या वर्णपटलेखकाप्रमाणेच एक समांतरित्र, एक अपस्करणकारक व एक अभिलेखक यांचा समावेश होतो. अपस्करणकारकात एक किंवा जास्त लोलक अथवा पारदर्शक किंवा परावर्तक विवर्तन जालक असतात. लोलकावर विवर्तन जालक जोडून तयार केलेल्या विवर्तन लोलकाचाही आता उपयोग होऊ लागला आहे. अभिलेखकात वर्णपटमापकातील नेत्रभिंग व डोळा, वर्णपटलेखकातील कॅमेरा व छायाचित्रण काच. तसेच वर्णपटीय प्रकाशमापकातील प्रकाशविद्युत् घट, विवर्धक व लेखणी-नोंदक ( विद्युत्, यांत्रिक इ. विविध आदानांची संकेत-नियंत्रित लेखणीद्वारे तक्त्यावर नोंद करणारी प्रयुक्ती ) यांचा समावेश असतो. अलीकडे रेटिकॉन तसेच ⇨विद्युत् भार-युग्मित प्रयुक्ती यांसारखे अतिसूक्ष्म संवेदक वापरून अधिक मंद ताऱ्यांचे वर्णपट मिळविणे शक्य झाले आहे. वर्णपटलेखक बहुधा दूरदर्शकाला अशा रीतीने जोडतात की, ताऱ्याची प्रतिमा समांतरित्राच्या फटीवर पडेल. आ. २५ (अ) मध्ये (१) या दूरदर्शकाच्या (२) या वस्तुभिंगावर पडणारे ताऱ्याचे समांतर किरण (३) या समांतरित्राच्या ( ४) या फटीवर केंद्रित होतात. (३) मधून समांतर होऊन बाहेर पडणाऱ्या किरणांचे (५), (६) व (७) या लोलकांनी अपस्करण होते आणि (८) कॅमेऱ्याने (९) या छायाचित्रण काचेवर वर्णपटाचे छायाचित्रण होते. (१०) ही कॅमेऱ्याची झडप आहे. जास्तीत जास्त क्षमतेसाठी दूरदर्शकाच्या वस्तुभिंगाचा व समांतरित्राच्या भिंगाचा केंद्राशी होणारा कोन सारखा ठेवावा लागतो. ताऱ्याची प्रतिमा फटीच्या मधोमध पडली आहे की नाही हे पाहण्यासाठी एक ⇨ परिदर्शक असतो [आ. २५ (अ) मध्ये (११)]. त्याच्याच साहाय्याने ताऱ्याची प्रतिमा [आ. २५ (आ) मध्ये (१२)] फटीच्या पूर्ण लांबीवर फिरवून छायाचित्रण काचेवर वर्णपटाचा रुंदसा पट्टा मिळविता येतो. तुलनेकरिता ताऱ्याच्या वर्णपटाच्या दोन्ही बाजूंना माहितीचा वर्णपट उमटविण्यासाठी लोह विद्युत् प्रज्योत किंवा हीलियम नलिका यांचा प्रकाश फटीच्या दोन्ही टोकांवर पाडण्याची व्यवस्था असते [आ. २५ (आ) मध्ये (१३) ही लोह विद्युत् प्रज्योत असून (१४) या लोलकांनी त्यांचा प्रकाश फटीच्या दोन्ही टोकांवर पाडतात]. वर्णपटलेखक दूरदर्शकाबरोबर फिरावयाचा असल्यामुळे तो आटोपशीर तसाच भक्कम असावा लागतो. शुद्ध वर्णपट मिळविण्यासाठी भिंगे, लोलक यांसारखे सर्व काचेचे भाग निर्दोष असावे लागतात. वर्णपटलेखकातील तापमान रात्रभर ०·१° से.पेक्षा जास्त बदलू नये म्हणून ⇨ तापनियंत्रक बसवितात. अत्यंत सूक्ष्म मापनासाठी कधीकधी वर्णपटलेखक निर्वातही करतात.
खगोलीय वर्णपटलेखकात वापरण्यात येणारे अपस्करण सामान्यतः 2 Å / मिमी. ते ५०० Å / मिमी. असते. सूर्यासारख्या अत्यंत प्रकाशमान ज्योतीसाठी ०·०९ Å / मिमी. इतके अधिक अपस्करणही वापरता येते पण त्यासाठी लागणारा वर्णपटलेखक ४०-५० मी. लांब असल्यामुळे तो दूरदर्शकाला जोडता येत नाही. सूर्यासाठी वापरण्यात येणारा दूरदर्शकही लांब असतो, म्हणून दूरदर्शक व वर्णपटलेखक दोन्ही एका मनोऱ्यात किंवा तापमान कायम ठेवण्यासाठी बोगद्यात पक्के बसवितात. आकाशात पूर्वेकडून पश्चिमेकडे सरकणाऱ्या सूर्याचा प्रकाश सतत दूरदर्शकाच्या भिंगावर पाडण्यासाठी सीलस्टॅट किंवा साइडिरोस्टॅट (तारकास्थिरक) नावाच्या आरशाच्या उपकरणाचा उपयोग करतात [→ दूरदर्शक]. त्याचप्रमाणे आकाशातील ठळक ताऱ्यांचे १ ते ५ Å/ मिमी. अपस्करणाचे वर्णपट मिळविण्यासाठी एक मोठा वर्णपटलेखक मोठ्या दूरदर्शकाच्या कूडे केंद्राशी [ → दूरदर्शक] पक्का बसवितात. मुख्य दूरदर्शक ताऱ्याबरोबर फिरत राहून शिवाय त्या ताऱ्याचा प्रकाश दूरदर्शकाच्या ध्रुवाक्षामधून कूडे केंद्राशी ठेवलेल्या फटीवर केंद्रित होतो. अतिमंद ताऱ्याचे व अभ्रिकांचे कमी अपस्करणाचे वर्णपट न्यूटन केंद्राशी लावलेल्या वर्णपटलेखकाने आणि मध्यम अपस्करणाचे वर्णपट कॅसेग्रेन केंद्राशी [ → दूरदर्शक] जोडलेल्या वर्णपटलेखकाने मिळवितात. एशेल विवर्तन जालक आणि परावर्तन विवर्तन जालक असे दोन अपस्करणकारक समोरासमोर वापरून कॅसेग्रेन केंद्रावर अधिक अपस्करण देणारे वर्णपटलेखकही आता वापरले जात आहेत.
(आ)फटविरहित वर्णपटलेखक: अवकाशात दूर स्थित असलेल्या ज्योतींचे प्रकाशकिरण अगोदरच समांतर असल्यामुळे वर्णपटलेखकातील समांतरित्र अजिबात काढून टाकून त्याची क्षमता वाढविता येते. असा फटविरहित वर्णपटलेखक वापरून ठळक तसेच मंद ताऱ्यांचे अत्यंत कमी अपस्करणाचे वर्णपट मिळविता येतात पण त्यांची शुद्धता कमी असते, तरीही वर्णपटीय वर्गीकरण करण्यासाठी त्याचा चांगला उपयोग होतो. दूरदर्शकाच्या प्रमुख भिंगासमोर किंवा आरशासमोर एक लहान कोनाचा त्रिधारी लोलक ठेवतात. लोलकामुळे ताऱ्याचा वर्णपट तयार होतो व दूरदर्शकाचाच कॅमेऱ्यासारखा उपयोग होऊन क्षेत्रातील ताऱ्यांच्या लांबट प्रतिमा छायाचित्रण काचेवर उमटतात, त्याच वर्णपट होत [आ. २५ (इ) मध्ये (१५) हे वस्तुभिंग असून (१६) हा लहान कोनाचा लोलक आहे. (१७) या छायाचित्रण काचेवर तां–जां, तां’–जां’ यांसारखे ताऱ्याचे वर्णपट उमटतात. (१८) हा दूरदर्शक आहे]. फटविरहित वर्णपटलेखकाच्या तंत्राने शेकडो ताऱ्यांचे वर्णपट एकाच छायाचित्रात मिळू शकतात.
(इ)विशिष्ट उपकरणे: जी. ई. हेल व ए. ए. देलांद्र यांनी १९१० मध्ये तयार केलेल्या सौरवर्णपटलेखकाचा (वर्णपटीय सूर्यच्छायालेखकाचा) निवडक तरंगलांब्यांच्या प्रकाशात सूर्यबिंबाच्या निरनिराळ्या भागांचे परीक्षण करण्यासाठी उपयोग होतो [ → सौरवर्णपटलेखक व सौरवर्णपटदर्शक]. आजकाल व्यतिकरण गाळण्यांचा (ज्यांत पारगमित करावयाच्या नसलेल्या तरंगलांब्या शोषण वा प्रकीर्णन यांऐवजी व्यतिकरणाने काढून टाकल्या जातात अशा प्रकाश गाळण्यांचा) शोध लागल्यापासून सौरवर्णपटलेखकाऐवजी त्यांचाच उपयोग करतात. सूर्याची तेजःशृंगे व सौर उद्रेक पाहण्यासाठी ही उपकरणे वापरतात. ⇨ बेर्नार फेर्दीनां ल्यो यांच्या किरीटलेखकाच्या साहाय्यानेही सूर्याच्या किरिटाच्या उत्सर्जन रेषांची पाहणी करता येते.
|
कोष्टक क्र. ११. ताऱ्यांचे वर्णपटीय वर्गीकरण |
|||||
|
वर्णपट वर्ग |
ताऱ्यांचा रंग |
पृष्ठभागाचे तापमान ° के. |
वर्णपटाचा प्रमुख विशेष* |
वर्णपटाचे दुय्यम विशेष |
ताऱ्यांचे उदाहरण |
|
O |
निळसर |
३०,००० ते ४०,००० |
हायड्रोजन व हीलियम (II)यांच्या शोषण रेषा |
आयनीभूत C, N, O यांच्या रेषा |
थिटा ओरियानिस (Oe5) |
|
B |
निळसर |
१२,००० ते २५,००० |
हायड्रोजन व हीलियम (I)यांच्या शोषण रेषा |
आयनीभूत O, N, Si यांच्या रेषा |
चित्रा (स्पायका) (B1 V)
|
|
A |
पांढरा(निळसर) |
८,००० ते ११,००० |
हायड्रोजनाच्या शोषण रेषा,हायड्रोजनाच्या उत्सर्जन रेषा |
Fe, Na व आयनीभूत CaI (CaII) |
व्याध (सिरिअस)(A1 V) |
|
F |
हिरवट पांढरा |
६,५०० ते ७,६०० |
हायड्रोजनाच्या रेषा कमी तीव्र धातूंच्या रेषा |
Ca व आयनीभूत Caच्या रेषा |
प्रश्वा (प्रासियान) (F5 IV)
|
|
G |
पिवळसर |
५,२०० ते ६,००० |
एक आयनीभूत व अनायनीय धातूंच्या रेषा H च्या रेषा |
CN, CH, C2 या रेणूंच्या रेषा Ca, CaII यांचे पट्ट |
सूर्य (G2 V) |
|
K |
नारंगी |
३,८०० ते ५,००० |
आयनीभूत धातूंच्या रेषा व Ca (I) व Ca (II)Fe (II) यांच्या रेषा |
TiO, CN, CH, C2 या रेणूंचे पट्ट |
स्वाती (आर्क्टुरस) (K0 III) |
|
M |
लालसर |
३,००० ते ३,६०० |
TiO या रेणूंचे शोषण पट्ट,Ca (I) ची रेषा |
MgH, SiH, A1H, ZrO, ScO, YO, CrO, A1O, BO या रेणूंचे पट्ट |
कांक्षी (बेटेलज्यूझ) (M2 Ib) |
|
S |
लाल |
सु. ३,००० |
ZrO चे शोषण पट्ट |
TiO, YO, LaO यांचे पट्ट |
– |
|
R,N |
गडद लाल |
सु. ३००० |
C2 CN यांचे शोषण पट्ट |
NH, C3 , CH यांचे पट्ट |
– |
* अनायनीयभूत ( ज्याचे आयनीभवन म्हणजे विद्युत भारित अणूत रूपांतर झालेले नाही अशा ) अणूचा I या चिन्हाने [जसे He (०I), Ca (I)] निर्देशन करतात. अणूचा एक इलेक्ट्रॉन जाऊन राहिलेल्या आयनाचा II या चिन्हाने आणि दोन इलेक्ट्रॉन जाऊन राहिलेल्या आयनाचा III या चिन्हाने निर्देश करतात [जसे Fe (II), Fe (III)] वगैरे.
पृथ्वीच्या वातावरणात वर्णपटातील जंबुपार व अवरक्त भागांचे शोषण होत असल्यामुळे सर्वसाधारण वर्णपटलेखकाने ३,००० Å ते १३,५०० Å पर्यंतचाच भाग अभ्यासिता येतो. म्हणून बलून (फुगे), रॉकेट किंवा कृत्रिम उपग्रह यांत खास उपकरणे बसवून सूर्य व तारे यांचे क्ष-किरण व जंबुपार भागांतील वर्णपट मिळवितात. या भागांतील सूर्याच्या वर्णपटात जास्त करून उत्सर्जन रेषाच सापडल्या आहेत. अवकाशातून येणाऱ्या १ सेंमी. १०० मी. तरंगलांबीचे रेडिओ तरंग मात्र पृथ्वीवर बसविलेल्या ⇨रेडिओ दूरदर्शकाच्या साहाय्याने पकडता येतात परंतु रेडिओ दूरदर्शक एका वेळी एकाच तरंगलांबीचे तरंग ग्रहण करू शकत असल्यामुळे संपूर्ण रेडिओ वर्णपट मिळविण्यासाठी पुष्कळ निरनिराळे वेध घ्यावे लागतात.
तारकीय वर्णपटांचे वर्गीकरण : (अ)तापमाननिर्देशक वर्गीकरण: ताऱ्याचा रंग व त्याचा वर्णपट यांचा एकमेकांशी संबंध असतो, असे १८६० मध्ये जी. बी. दोनाती यांना दिसून आले. पुढील आठदहा वर्षांत फादर पी. ए. सेक्की यांनी तारकीय वर्णपटांचे पहिले वर्गीकरण केले. त्यात पहिल्या गटात प्रामुख्याने हायड्रोजन रेषा दाखविणाऱ्या व्याधासारख्या निळसर ताऱ्यांचा समावेश होता. दुसऱ्या गटात धातुरेषा दाखविणारे सूर्यासारखे पिवळट तारे होते आणि तिसऱ्या व चौथ्या गटांत शोषणपट्ट दाखविणाऱ्या स्वातीसारख्या नारिंगी व लाल ताऱ्यांचा समावेश होता. सेक्की यांच्याच पद्धतीचा उपयोग करून हार्व्हर्ड येथील ई. सी. पिकरिंग इ. ज्योतिर्विज्ञांनी त्या वर्गीकरणात पूर्णता आणली. हल्लीच्या वर्गीकरणात O, B, A, F, G, K, M हे सात प्रमुख वर्ग आहेत. त्यांची लक्षणे कोष्टक क्र. ११ मध्ये दिली आहेत. वर्णपटांची गुणवत्ता वाढू लागली तशी प्रत्येक वर्गाचे दशांश पद्धतीने उपवर्ग करण्याची पद्धत पडली उदा., B0, B1, B2, …….., B9 A0, A1, A2, ………, A9 इत्यादी. कोष्टकात उदाहरणादाखल दिलेल्या ताऱ्यांचे उपवर्ग दाखविले आहेत. हेन्री, ड्रेपर (HD) कॅटलॉगमध्ये ४,००,००० ताऱ्यांचे हार्व्हर्ड पद्धतीने वर्गीकरण केले आहे. [ → खगोल भौतिकी ज्योतिषशास्त्र तारा].
हार्व्हर्ड पद्धत म्हणजे सर्वांत उष्ण O ते सर्वांत कमी उष्ण M असे तापमानदर्शक वर्गीकरण असल्याचे मेघनाद साहा यांच्या सैद्धांतिक शोधांवरून कळून आले. त्यामुळे वर्णपटीय वर्ग व रंग यांचा अन्योन्य संबंध डब्ल्यू. वीन यांच्या नियमावरून सहज स्पष्ट होतो. वीन नियमाप्रमाणे λmax .T = ०·२९ येथे λmax या तरंगलांबीच्या ठिकाणी अखंड वर्णपटाची तीव्रता सर्वांत जास्त असून, T हे ताऱ्याचे केल्व्हिन तापमान होय. सूर्याचे तापमान ५,७४०° के. असल्याने λmax = ५ X १०-५ सेंमी. ५,००० Å म्हणजेच वर्णपटाच्या पिवळ्या भागात पडते. म्हणूनच सूर्य व इतर G वर्गातील तारे आपल्याला पिवळट दिसतात. सूर्याहून कमी उष्ण ताऱ्याची λmax तरंगलांबी जास्त असल्याने ते अनुक्रमे नारिंगी व लालसर दिसतात. याच्या उलट सूर्याहून अधिक उष्ण ताऱ्यांची λmax तरंगलांबी कमी असल्याने ते हिरवट, निळसर पांढरे किंवा निळे दिसतात.
मानवी डोळा पिवळ्या रंगाला जास्त संवेदनशील असतो, तर छायाचित्रण काचा निळ्या रंगाला जास्त संवेदनशील असतात. त्यामुळे एखाद्या ताऱ्याचा डोळ्यांना दिसणारा तेजस्वीपणा व छायाचित्रावरून प्रत्ययाला येणारा तेजस्वीपणा हे सारखेच असत नाहीत. ताऱ्याचा तेजस्वीपणा हा त्याच्या दृश्य प्रतीने व्यक्त केला जातो व तारा जितका जास्त तेजस्वी तितकी त्याची दृश्य प्रत दाखविणारा अंक कमी असतो. अती तेजस्वी ताऱ्यांचा (उदा., व्याध) दृश्य प्रतदर्शक अंक ऋण असतो. ताऱ्याच्या छायाचित्रावरून मिळणारी म्हणजे निळी प्रत (B) व त्याच ताऱ्याची डोळ्याला प्रतीत होणारी (म्हणजेच पिवळी) प्रत (V) यांच्या वजाबाकीस (B–V) त्या ताऱ्याचा वर्णांक असे म्हणतात. वर्णांकावरून एका सोप्या सूत्राच्या साहाय्याने ताऱ्याचे तापमान काढता येते. तापमान जितके जास्त तितका वर्णांक कमी होतो. निळसर ताऱ्यांचा वर्णांक ऋण तर तांबूस ताऱ्यांचा धन असतो.
(आ)दीप्तिमाननिर्देशक वर्गीकरण: १९११–१३ मध्ये ई. हर्ट्‌झस्प्रंग व एच्. एन्. रसेल यांनी क्ष–अक्षाच्या दिशेत वर्णपटीय वर्ग किंवा वर्णांक आणि य–अक्षाच्या दिशेने ताऱ्यांचे अंगभूत पीत प्रकाशमान दाखविणारी प्रत Mv घालून एक आलेख तयार केला. त्याला हर्ट्‌झस्प्रंग–रसेल आकृती किंवा ह. र. (HR) आकृती म्हणतात (आ. २७). या आकृतीत बहुतेक डाव्या वरच्या कोपऱ्यापासून उजव्या खालच्या कोपऱ्याकडे जाणाऱ्या कर्णरेषेवर आढळून येतात. म्हणून ताऱ्यांच्या या श्रेणीस त्यांनी प्रमुख श्रेणी असे नाव दिले. तिच्यात सर्वांत उष्ण तारे सर्वांत प्रकाशमान असून सर्वांत शीत तारे सर्वांत मंद असलेले दिसतात. शीत ताऱ्यांत (यांनाच उत्तर वर्गातील तारे म्हणतात) काही तारे प्रमुख श्रेणीच्या त्याच वर्गातील ताऱ्यांपेक्षा बरेच जास्त दीप्तिमान आहेत, असेही त्यांना आढळून आले. येथे वर्णपट सारखाच असल्याने ताऱ्यांच्या तापमानांत अंतर नाही, तेव्हा त्यांच्या जास्त दीप्तिमानाचे कारण त्यांचे मोठे आकारमान असले पाहिजे असा निष्कर्ष निघाला, म्हणून या ताऱ्यांना महातारे असे नाव मिळाले व त्यांच्या तुलनेने प्रमुख श्रेणीतील ताऱ्यांना लघुतारे म्हणू लागले. पुढे एकाच वर्णपट वर्गात दीप्तिमानाप्रमाणे महत्तम तारे, मध्य महातारे आणि लघुतर तारे हे वर्गही प्रचारात आले.
ताऱ्यांच्या वर्णपटांतील सूक्ष्म भेद लक्षात घेऊन एखादा तारा महातारा आहे की लघुतारा आहे हे सांगता येते, असे डब्ल्यू. एस्. ॲडम्स व बी. लिंडब्लाड यांनी दाखवून दिले. तेव्हापासून ताऱ्यांच्या वर्णपटाचे द्विमितीय वर्गीकरण करण्याची गरज भासू लागली. हल्लीच्या डब्ल्यू. डब्ल्यू. मॉर्गन व पी. सी. कीनन यांनी मांडलेल्या MK वर्गीकरणात तापमान व दीप्तिमान या दोन्ही प्रचलांचा उल्लेख करतात. तापमाननिर्देशनासाठी पूर्वीचे HD वर्गीकरणच वापरतात पण त्याच्यापुढे दीप्तिमान निर्देशक गट I ते VI या रोमन अंकांनी दाखवितात. प्रमुख श्रेणीतील लघुताऱ्याचा गट V व महाताऱ्याचा गट III ठेवला आहे. सर्वांत दीप्तिमान महत्तम तऱ्यांचा गट I (Ia व Ib हे उपगट), कमी दीप्तिमान महत्तम ताऱ्यांचा गट II, मध्य महाताऱ्यांचा गट VI आणि लघुतर ताऱ्यांचा गट V असे इतर गट आहेत. त्याशिवाय व्याधाच्या सहताऱ्यासारख्या अतिमंद ताऱ्यांचा एक वेगळा गट आहे. त्यांना श्वेत लघुतम तारे असे नाव असून ते ह. र. आकृतीत खालच्या डाव्या कोपऱ्यात आढळतात (आ. २७ पहा). कोष्टक क्र. ११ मध्ये उदाहरणासाठी दिलेल्या ताऱ्यांचे दीप्तिमानदर्शक गट दाखविले आहेत. सर्वांत दीप्तिमान B–महातारे B–लघुताऱ्यापेक्षा फक्त ६-७ पट जास्त दीप्तिमान असतात. AF इ. वर्गात हे प्रमाण वाढत जाऊन सर्वांत दीप्तिमान M–महातारे M–लघुताऱ्यांपेक्षा २० लाख पट जास्त दीप्तिमान असतात. श्वेत लघुतम तारे बहुधा लघुताऱ्यांपेक्षा १०,००० पट मंद असतात.
(इ)तिसरा प्रचल : ताऱ्यांचे संपूर्ण वर्णन करण्यासाठी तापमान व दीप्तिमान यांशिवाय धातूंचे प्रमाण किंवा वय यासारखा एखादा तिसरा प्रचलही दाखविला पाहिजे असे ज्योतिर्विदांच्या लक्षात आले. तीनही प्रचल मोजता येतील अशा अंकांनी निर्देशन करता यावे या दृष्टीने केलेल्या बी. स्ट्रमग्रेन यांच्या प्रयत्नांना यश आले आहे.
सर्वसाधारण तारकीय वर्णपटाचे विवरण : (अ)साहा यांचे आयनीभवन समीकरण : तापमान वाढविले असता रेणूंचे अणूंमध्ये विदलन होते असे पूर्वीच माहीत होते. १९२० मध्ये मेघनाद साहा यांनी हीच कल्पना अणूंच्या आयनीभवन क्रियेस लागू केली, कारण अणूचे आयनीभवन होते तेव्हा त्याचेही एक इलेक्ट्रॉन व एक आयनीभूत अणू असे विभाग होतात. त्यावरून आयनीभूत व अनायनीभूत अणू यांच्या गुणोत्तराबद्दल म्हणजेच आयनीभवन-अवस्थेसंबंधी त्यांना एक समीकरण मिळाले. साहा यांच्या समीकरणावरून पुढील नियम बसविता येतात : (१) तापमान वाढते तसे आयनीभवन वाढते, (२) इलेक्ट्रॉन-दाब वाढतो तसे आयनीभवन कमी होते आणि (३) ज्या अणूंचे आयनीभवन वर्चस् (एखाद्या अणूपासून एक इलेक्ट्रॉन काढून घेऊन अनंत अंतरावर नेण्यासाठी दर एकक विद्युत् भाराला लागणारी ऊर्जा) जास्त त्याचे आयनीभवन कमी होते. साहा यांच्या समीकरणाने प्रमुख श्रेणीतील निरनिराळ्या ताऱ्यांच्या वर्णपटांतील भेद, तसेच लघुतारे व महातारे यांच्या वर्णपटांतील भेद या दोहोंचा सहज उलगडा होतो.
सर्वांत कमी उष्ण M ताऱ्यांच्या वर्णपटांत रेणूंचे शोषणपट्ट दिसतात. तापमान वाढते तसे रेणूंचे प्रथम अणूंत विदलन होते (M ते K) आणि नंतर अणूंचे आयनीभवन होते (K ते GF). धातूंचे आयनीभवन वर्चस् सर्वांत कमी (६-८ व्होल्ट) असल्याने प्रथम धातूंच्या अणूंचे आयनीभवन होते (G ते FA). हायड्रोजनाचे आयनीभवन वर्चस् १३·६ व्होल्ट असल्याने हायड्रोजनाचे आयनीभवन होण्यास अधिक तापमान लागते (A ते B). हीलियमाचे आयनीभवन वर्चस् सर्वांत जास्त (२४·६ व्होल्ट) असल्याने त्याचे अणू सर्वांत अधिक तापमानाने आयनीभूत होतात (B ते O). अशा रीतीने M ते O वर्गातील वर्णपटभेद सहज उमगतात. त्याचप्रमाणे महातारे व महत्तम तारे यांच्या वातावरणात वायुदाब व इलेक्ट्रॉनदाब लघुताऱ्यापेक्षा कमी असल्याने त्यांच्या वर्णपटात अनायनीभूत अणूच्या रेषांची तीव्रता कमी होते आणि आयनीभूत अणूंच्या रेषांची तीव्रता वाढते (उदा., FG गटात Sr II λ ४,०७७ Å /Fe I λ ४,०७१ Å हे गुणोत्तर लघुतारे आणि महातारे यांच्यातील भेद दाखविण्यास उपयोगी पडते. तसेच Si IV λ ४,०८९ Å /He I λ ४,००९ Å आणि Mg II λ ४,४८१ Å /He I λ ४,४७१ Å या गुणोत्तरावरून OB–गटातील लघुतारे व महातारे ओळखता येतात ).
(आ)मूलद्रव्यांचे प्रमाण: १९२० पूर्वी ताऱ्यांच्या वर्णपटातील भेद त्यांचे रासायनिक संघटन वेगळे असल्याने दिसतात, असा समज होता. OB–तारे हीलियमाचे, A तारे हायड्रोजनाचे आणि G तारे धातूंचे मानले जात होते परंतु वर्णपटातील फरक ताऱ्यांच्या वातावरणातील परिस्थितीच्या भेदामुळे होतो हे साहा यांच्या सिद्धांतावरून समजून आले. वस्तुतः ताऱ्यांच्या वातावरणातील तापमान आणि इलेक्ट्रॉनदाब काढण्याची एक उत्तम रीत साहा यांच्या समीकरणाने प्राप्त झाली. त्यानंतर निरनिराळ्या मूलद्रव्यांच्या शोषणरेषांच्या तीव्रतेवरून त्या त्या मूलद्रव्याचे वातावरणातील प्रमाण ठरविणे सोपे झाले. त्यासाठी एच्. एन्. रसेल, ए. उनसोल्‌ड व एल्. एच्. ॲलर यांनी काही पद्धतीही निश्चित केल्या. त्या अभ्यासाचा निष्कर्ष असा निघाला की, आपल्या आकाशगंगेतील तसेच इतर दीर्घिकांतील सर्व ताऱ्यांचे रासायनिक संघटन जवळजवळ सारखेच आहे. काही अपवाद सोडल्यास या वैश्विक मिश्रणात शेकडा ९० अणू हायड्रोजनाचे, सु. शेकडा १० अणू हीलियमाचे व हजारात एकाहून कमी अणू इतर मूलद्रव्यांचे आहेत. वस्तुमानाच्या दृष्टीने शेकडा ७० वस्तुमान हायड्रोजनाचे, शेकडा २८ वस्तुमान हीलियमाचे व शेकडा २ वस्तुमान इतर मूलद्रव्यांचे आहे.
(इ)अखंड वर्णपट : ताऱ्यांच्या दीप्तिसगोलांतून निघणारे प्रारण जवळजवळ कृष्ण पदार्थांच्या प्रारणासारखेच असते, म्हणून कृष्ण पदार्थांच्या प्रारणाचे नियम ताऱ्यांच्या अखंड वर्णपटांना लावता येतात. अर्थात त्यापूर्वी पृथ्वीच्या वातावरणात व आंतरतारकीय अवकाशात होणाऱ्या प्रारणाच्या शोषणाचा परिणाम लक्षात घेणे आवश्यक असते. वीन यांचा नियम लावून वर्ण व तापमान यांचा अन्योन्य संबंध कसा असतो ते वर दिलेले आहेच. कृष्ण पदार्थाच्या प्रारणाच्या नियमांपैकी प्लांक यांचा नियम सर्वांत महत्त्वाचा होय. विशिष्ट तापमानाच्या कृष्ण पदार्थाच्या अखंड वर्णपटात तरंगलांबीबरोबर प्रारणाची तीव्रता कशी बदलते हे प्लांक यांच्या नियमात सांगितले आहे [ → उष्णता प्रारण]. एखाद्या ताऱ्याचा अखंड वर्णपट व निरनिराळ्या तापमानांचे प्लांक आलेख यांची तुलना करून त्या ताऱ्याच्या पृष्ठभागाचे तापमान काढता येते, त्याला वर्णतापमान असे म्हणतात. तसेच संपूर्ण वर्णपटातील ऊर्जेचे मापन केले असता श्टेफान–बोल्टस्‌मान यांचा E = σ T4 हा नियम [ → उष्णता प्रारण]. वापरून ताऱ्यांचे जे तापमान मिळते त्याला ऊर्जा तापमान म्हणतात. दोन्ही पद्धतींनी सूर्याच्या दीप्तिगोलाचे तापमान ५,७४०° के. एवढे येते परंतु सूर्याच्या अखंड वर्णपटात आणि ५,७४०° के. तापमानाच्या आलेखात बराच फरक आढळतो. ऋणभारयुक्त हायड्रोजन आयनाच्या शोषणांकाच्या तरंगलांबीबरोबर होणाऱ्या बदलामुळे असे होते हे सुब्रह्मण्यन् चंद्रशेखर यांनी दाखवून दिले. अशा रीतीने ताऱ्यांच्या अखंड वर्णपटावरून त्यांच्या उत्क्रमण स्तरांत (वर्णगोलाच्या खालच्या भागातील सापेक्षतः शीत वायूच्या स्तरांत) कोणकोणत्या पदार्थांमुळे अखंड वर्णपटाचे शोषण होते ते समजते. उदा., लघुतर ताऱ्यांत धातूंचे प्रमाण कमी असल्याने त्यांच्या वर्णपटातील जंबुपार भाग इतर ताऱ्यांच्या मानाने अधिक तीव्र असतो.
ताऱ्यांचे असाधारण वर्णपट : शेकडा ९० हून अधिक तारे द्विमितीय MK – वर्गीकरणात बसविता येतात. बाकीच्या ताऱ्यांचे वर्णपट कोणत्या ना कोणत्या दृष्टीने असाधारण असलेले आढळून आले आहेत. त्यांचे वर्णन येथे दिले आहे.
(१) व्होल्फराये (W) तारे : यांच्या पृष्ठभागाचे तापमान O ताऱ्यांसारखे असून त्यांच्या वर्णपटात He II, C आणि N अणूंच्या खूप रुंद उत्सर्जन रेषा दिसतात. ह्या ताऱ्यांत कार्बन व नायट्रोजन यांचे प्रमाण नेहमीपेक्षा जास्त असते आणि त्यांचे बाह्य वातावरण १,००० किमी./से. या वेगाने प्रसरण पावत असावे, असे अनुमान आहे.
(२) Of तारे : यांच्या वर्णपटात H∝, He II λ ४,६८६ Å व C III आणि N III यांच्या उत्सर्जन रेषा सापडतात.
(३) Be आणि Ae तारे : हायड्रोजनाच्या उत्सर्जन रेषा हा या ताऱ्यांचा विशेष गुण होय. ताऱ्याच्या पृष्ठभागापासून काही अंतरावर असलेल्या विरळ कवचात किंवा वलयात त्यांची उत्पत्ती होते. P–सिग्नी ताऱ्यांतील कवच W–ताऱ्यांप्रमाणेच प्रसरण पावत असते.
(४) काही BAF ताऱ्यांच्या वर्णपटातील रेषा अक्षीय परिभ्रमणामुळे रुंद व उथळ झालेल्या दिसतात पण अक्षीय परिभ्रमणाचा परिणाम दूर केल्यास त्यांचे MK वर्गीकरण करता येते.
(५)असाधारण A तारे : यांत Mn II, Si II, Eu II, Cr II, Sr II या आयनीभूत अणूंच्या रेषांची तीव्रता अत्यधिक व परिवर्तनशील असते. या ताऱ्यांत उच्च चुंबकीय क्षेत्र सापडले आहे, त्याचाच हा परिणाम असावा, असे अनुमान आहे.
(६)धातुमय AF तारे : यांत धातूंच्या रेषांची तीव्रता नेहमीपेक्षा जास्त असून Ca II च्या रेषांची तीव्रता नेहमीपेक्षा कमी असते.
(७) धातुरेषा व CN-शोषणपट्ट नेहमीपेक्षा कमी तीव्र असलेले FGK तारे सूर्याच्या दृष्टीने जलद गतीत असणाऱ्या ताऱ्यांच्या गटात आढळतात. त्यांच्यात धातूंचे प्रमाण नेहमीपेक्षा १० ते १०० पट कमी असते.
(८)कार्बन (C) तारे : पूर्वीच्या हार्व्हर्ड वर्गीकरणात यांचे R व N गट होते. ह्या दीप्तिमान लाल महाताऱ्यांत कार्बन आणि नायट्रोजन यांचे प्रमाण नेहमीपेक्षा जास्त असल्याने त्यांच्या वर्णपटात C2 व CN यांचे शोषण पट्ट दिसतात.
(९) S–तारे : C–ताऱ्यांप्रमाणेच हे ही दीप्तिमान लाल महातारे असून TiO च्या ऐवजी ZrO, YO, LaO या रेणूंचे पट्ट त्यांच्या वर्णपटात आढळतात. हे तारे दीर्घ उत्क्रांत अवस्थेत असून त्यांच्यात भारी मूलद्रव्यांचे प्रमाण वाढलेले असते. Ba –तारे S –ताऱ्यांसारखेच पण त्यांच्याहून उष्ण असतात.
(१०) T टॉरी तारे : FGK गटांचे हे रूपविकारी तारे नुकतेच आंतरतारकीय द्रव्यातून जन्माला येऊन अजून आकुंचन पावत असावेत. Me लघुतारे आणि उद्रेकी तारे हेही याच प्रकारचे पण लहान वस्तुमानाचे तारे असावेत.
(११) बिंबाभ्रिका [ → अभ्रिका], नवतारे [ → नवतारा व अतिदीप्त नवतारा], FG वर्गाचे आंतरिक रूपविकारी तारे आणि Me महातारे हेही असाधारण वर्णपट दाखवितात. त्यांपैकी शेवटचे दोन स्पंदमान असून पहिले दोन स्फोटमान ताऱ्यांच्या निरनिराळ्या अवस्था होत.
वर्णरेषांचे रूपालेख : अखंड वर्णपटातील नजिकच्या भागांची प्रकाश-तीव्रता एक मानून, तरंगलांबीबरोबर वर्णरेषेतील तीव्रता कशी बदलते ते दाखविणाऱ्या आलेखास त्या रेषेचा रूपालेख म्हणतात. आ. २९ मध्ये असे काही रूपालेख दाखविले आहेत.
ताऱ्यांच्या वर्णपटातील शोषणरेषा बाहेरील उत्क्रमण स्तरांत उत्पन्न होतात हे आपल्याला माहीतच आहे. ⇨पुंज सिद्धांताप्रमाणे अखंड वर्णपटातील विशिष्ट कंप्रतेचा फोटॉन शोषून एखाद्या अणूच्या खालच्या ऊर्जा पातळीतून इलेक्ट्रॉन वरच्या ऊर्जा पातळीत जातो तेव्हा शोषणरेषा उत्पन्न होते. प्रयोगशाळेतील वर्णरेषांपेक्षा तारकीय वर्णरेषा बहुधा अधिक रुंद असतात, कारण तारकीय वर्णरेषांचे आकारमान व तीव्रता, म्हणजेच रूपालेख, अणू किंवा रेणू यांच्या लाक्षणिक गुणांबरोबरच उत्क्रमण स्तरातील परिस्थितीवरही अवलंबून असतो. रेषांचे शोषणांक व रूपालेख ज्या गोष्टींवर अवलंबून असतात त्यांत शोषण करणाऱ्या अणूंच्या संख्येव्यतिरिक्त पुढील घटक असतात : (१) ऊर्जा पातळ्यांच्या नैसर्गिक रुंदीमुळे येणारी प्रारण रुंदी, (२) इतर अणूंशी होणाऱ्या टकरीमुळे येणारी दाबरुंदी, (३) तापमानाबरोबर वाढणाऱ्या अणूच्या मॅक्सवेलीयन गतीमुळे [मॅक्सवेल वेग वितरणामुळे → द्रव्याचा गत्यात्मक सिद्धांत] येणारी ऊष्मीय डॉप्लर रुंदी, (४) लहान प्रमाणात होणाऱ्या खळबळयुक्त प्रवहनामुळे येणारी लघुसंक्षोभनीय डॉप्लर रुंदी, ( ५) अणु-अणूमधील विद्युत् क्षेत्रामुळे येणारी श्टार्क रुंदी [→ श्टार्क परिणाम], (६) चुंबकीय क्षेत्राने होणाऱ्या झीमान परिणामामुळे झालेले वर्णरेषांचे उपरेषांत विभाजन.
वरीलपैकी (५) व (६) या घटकांचा परिणाम काही विशिष्ट ताऱ्यांतील विशेष रेषांसाठीच महत्त्वाचा असतो. उदा., A – लघुताऱ्यातील हायड्रोजन रेषांची अत्यधिक रुंदी आणवीय श्टार्क परिणामाने झालेली असते. तसेच झीमान परिणामामुळे काही रेषांचे उपरेषांत जे विभाजन होते त्यावरून ताऱ्यांच्या वातावरणातील चुंबकीय क्षेत्र अजमावता येते. अशा रीतीने सूर्याच्या डागात २,०००-३,००० गौस आणि चुंबकीय ताऱ्यांत ५०० ते ९,००० गौस चुंबकीय क्षेत्र असल्याचे कळून आले आहे.
पहिल्या चार घटकांचा परिणाम मात्र सर्व रेषांवर होतो. प्रारणरुंदी व दाबरुंदीमुळे अतितीव्र रेषांना दूरवर पसरणारे पक्ष (पंखासारख्या रचना) प्राप्त होतात, तर दोन्ही प्रकारच्या डॉप्लर परिणामांमुळे किंचित तीव्र व मध्यम तीव्र रेषांच्या रूपालेखाला घटीचा आकार प्राप्त होतो. आ. २९ (अ’) मध्ये s हा अतितीव्र व ω हा किंचित् तीव्र रेषेचा रूपालेख आहे. आता कोणत्याही रेषेत झालेले शोषण त्या रेषेच्या रूपालेखाने व्यापलेल्या क्षेत्रफळाने मोजतात किंवा त्याऐवजी तेवढ्याच क्षेत्रफळाच्या व एकक उंची असलेल्या आयताच्या रुंदीने मोजतात, त्या Å मध्ये मोजलेल्या रुंदीस तुल्यरुंदी असे नाव आहे. आ. २९ (अ’) मध्ये EE’ ही ω रेषेची तुल्यरुंदी होय. शोषण करणाऱ्या अणूंची संख्या (N) वाढविली असता तुल्यरुंदी (W), म्हणजेच रेषेची तीव्रता, कशी वाढते हे दाखविणाऱ्या आलेखास वृद्धिवक्र म्हणतात. ताऱ्याच्या वातावरणातील मूलद्रव्यांचे प्रमाण ठरविण्यासाठी वृद्धिवक्राचे ज्ञान आवश्यक असते. किंचित तीव्र रेषांत (N कमी असताना) डॉप्लर रुंदीचेच महत्त्व असल्याने तुल्यरुंदी अणुसंख्येच्या सम प्रमाणात वाढते (W α N). मध्य तीव्र रेषांची (N अधिक) तुल्यरुंदी मात्र अणुसंख्येच्या मानाने फार हळू वाढते, म्हणून त्यांना संतृप्त रेषा म्हणतात. शेवटी शोषणाऱ्या अणूंची संख्या खूप वाढली म्हणजे रेषांचे पक्ष विशेष तीव्र होतात. त्यामुळे तुल्यरुंदी पुन्हा वाढते पण या वेळी ती अणुसंख्येच्या वर्गमूळाच्या समप्रमाणात वाढते. (W α √N).
आ. २९ (अ’) मध्ये H व H’ येथील s रेषेची खोली मध्यखोलीच्या अर्धी आहे म्हणून HH’ ही अर्धरुंदी झाली. किंचित तीव्र रेषांची अर्धरुंदी अणूंच्या सरासरी गतीवर अवलंबून असते. ऊष्मीय गती √T वर अवलंबून असल्यामुळे किंचित् तीव्र रेषांची अर्धरुंदी मोजून ताऱ्याच्या वातावरणाचे गतिनिर्देशक तापमान ठरविता येते. या पद्धतीने सूर्याच्या तेजःशृंगाचे तापमान १३,०००° के. असते, हे समजले. लघुसंक्षोभनामुळे रेषांची अर्धरुंदी वाढते म्हणून वातावरणात लघुसंक्षोभन होत असेल, तर या पद्धतीने मिळालेले तापमान खऱ्या तापमानापेक्षा अधिक निघेल परंतु अणूची ऊष्मीय गती अणूच्या वस्तुमानाच्या वर्गमूळाच्या व्यस्त प्रमाणात असते (α 1/√M), तर लघुसंक्षोभन गती सर्व प्रकारच्या अणूंसाठी सारखीच असते हे लक्षात घेतले, तर निरनिराळ्या अणूंच्या रेषांची रुंदी मोजून ऊष्मीय गती लघुसंक्षोभन गतीपासून वेगळी काढता येते. अशा रीतीने सूर्यासारख्या लघुताऱ्यात लघुसंक्षोभन गती २ किमी./से. तर महत्तम ताऱ्यांत ती ५–१० किमी./से. असते असे दिसून येते.
वरील कारणांव्यतिरिक्त ताऱ्याच्या संपूर्ण वातावरणाच्या गतीमुळेही वर्णरेषांच्या रूपालेखावर परिणाम होतो. त्याचे विवरण पुढे केले आहे.
काही ताऱ्यांच्या वर्णपटात उत्सर्जन रेषा आढळतात. त्या बहुधा रुंद असून कित्येकदा स्वशोषणामुळे दुहेरी दिसतात. ताऱ्याच्या बाह्य वातावरणाची जाडी फोटॉनांच्या मुक्त पथापेक्षा कमी असेल, तर उत्सर्जन रेषा उत्पन्न होतात. सूर्याचा वर्णगोल व किरीट यांच्या बाबतीत हे खरे असल्याने ते दोन्ही भाग उत्सर्जन रेषा दर्शवितात. वर्णगोलाच्या उत्सर्जन रेषा फक्त खग्रास सूर्यग्रहणाच्या वेळी दिसणाऱ्या चमक वर्णपटांत पहावयास मिळतात (आ. ३०) परंतु काही ताऱ्यांचा वर्णगोल इतका पसरलेला व मोठा असतो की, दीप्तिगोलाच्या दिपविणाऱ्या वर्णपटावरही त्याच्या उत्सर्जन रेषा उमटलेल्या दिसतात. ह्या बाह्य वातावरणाच्या कक्षीय परिभ्रमणामुळे किंवा प्रसरणामुळे उत्सर्जन रेषा पुष्कळ रुंद होतात आणि वातावरणाचा जो भाग पाहणाऱ्याकडे म्हणजेच ताऱ्याच्या बिंबासमोर असतो त्यात होणाऱ्या शोषणामुळे त्या रुंद उत्सर्जन रेषेवर एक अरुंद शोषण रेषा दृष्टीस पडते. आ. २९ (आ’) व (इ’) मध्ये दाखविलेल्या अशा रूपालेखांचा पुढील परिच्छेदात विचार केलेला आहे.
अरीय वेग : (अ) डॉप्लर तत्त्वांचा उपयोग: एखादी तरंग उत्पन्न करणारी वस्तू आपल्याकडे येत असेल, तर तरंगाची कंप्रता जास्त झाल्यासारखी भासते व ती वस्तू दूर जात असेल, तर कंप्रता कमी झाल्यासारखी भासते. या नैसर्गिक आविष्कारास ⇨ डॉप्लर परिणाम म्हणतात. प्रकाश म्हणजे विद्युत् चुंबकीय तरंगच असल्याने ताऱ्यांच्या गतीमुळे त्यांच्या वर्णपटातील रेषांतही डॉप्लर परिणाम पहावयास मिळतो. तारा दूर जात असेल, तर रेषांची तरंगलांबी जास्त होते व तो जवळ येत असेल, तर ती कमी होते. λ ही मूळ तरंगलांबी, ∆λ ही तरंगलांबीतील वृद्धी व c हा प्रकाशाचा वेग असेल, तर ताऱ्याच्या दृष्टिरेषेतील किंवा अरीय वेग Vr मिळविण्यास Vr = (∆λ/λ) c हे समीकरण वापरतात. येथे दूर जावयाचा वेग धन व जवळ येण्याचा वेग ऋण मानला आहे. तेव्हा ताऱ्यांच्या वर्णपटातील रेषांची डॉप्लर स्थान-च्युती मोजणे हे ताऱ्यांच्या वेगाचा अभ्यास करण्याचे एक प्रभावी साधन होय. डब्ल्यू. डब्ल्यू. कॅम्बेल, आर्. एम्. पेट्री इत्यादींनी फटीच्या वर्णपटांवरून अरीय वेग मोजण्याची पद्धत पूर्णत्वास आणली. सी. फेहरेनबाख व त्यांचे सहकारी यांनी फटविरहित वर्णपटांचा उपयोग करण्याची एक पद्धती यशस्वीपणे विकसित केलेली असून त्यामुळे कित्येक मंद प्रकाशी ताऱ्यांचे वेग मोजता येणे शक्य झाले आहे.
(आ)अरीय वेगांच्या मापनापासून निघालेले काही निष्कर्ष: (१) पृथ्वीच्या सूर्याभोवतीच्या परिभ्रमणामुळे कोणत्याही वेळी आकाशाच्या एका गोलार्धातील तारे आपल्याकडे येत असतात व दुसऱ्या गोलार्धातील तारे आपल्यापासून दूर जात असतात. परिणामी आकाशातील कोणताही तारा वर्षभराच्या आवर्तकालाने अरीय वेग बदलताना आढळतो. हा परिणाम पृथ्वीच्या कक्षीय पातळीत असलेल्या ताऱ्यांत सर्वांत अधिक दिसून येतो. त्यावरून पृथ्वी सूर्याभोवती ३० किमी./से. या वेगाने फिरते असे प्रत्यक्ष रीतीने सिद्ध होते.
(२) पृथ्वीच्या वेगाचा परिणाम वजा केल्यास ताऱ्याचा सूर्यसापेक्ष अरीय वेग मिळतो. अशा रीतीने कित्येक हजार ताऱ्यांचा अरीय वेग मोजला गेला आहे. त्यावरून आकाशाच्या एका गोलार्धातील तारे सूर्यापासून २० किमी./से. या वेगाने दूर जाताना आढळतात व दुसऱ्या गोलार्धातील तारे त्याच वेगाने सूर्याकडे येत आहेत असे दिसते. याचा अर्थ असा की, जवळच्या ताऱ्यांमधून सूर्यच या वेगाने सरकत आहे. सूर्याच्या गतीची दिशा व्हीगाच्या नैर्ऋत्येस १०° वर असलेल्या एका खबिंदूकडे आहे. सूर्याची गती वजा केल्यास ताऱ्यांनाही स्वतःची गती आहे असे दिसून येते. आकाशगंगेच्या केंद्रास जोडणाऱ्या रेषेस ताऱ्यांची गती सर्वांत कमी आहे असे आढळते.
(३) दूरच्या ताऱ्यांच्या वेगांचा आणखी सखोल अभ्यास केला, तर आकाशगंगेतील सर्वच तारे आकाशगंगेच्या केंद्राभोवती वर्तुळाकृती किंवा लंबवर्तुळाकृती कक्षांत परिभ्रमण करीत आहेत, हे स्पष्ट होते. सूर्याच्या आसमंतातील तारे २५० किमी./से. या वेगाने आकाशगंगेच्या केंद्राभोवती फिरत आहेत. त्यांच्या वेगाची दिशा हंस (सिग्नस) या तारकापुंजाकडे आहे.
(४) पुष्कळ ताऱ्यांच्या वर्णपटांत दुहेरी शोषण रेषा दिसून येतात व त्यांच्या वर्णपटातील स्थितीत आवर्ती बदल होतो. डॉप्लर तत्त्वाचा उपयोग केला, तर आपल्या वस्तुमानमध्याभोवती फिरणाऱ्या दोन ताऱ्यांचे मिळून झालेले हे युग्मतारे होत, हे स्पष्ट होते. कधीकधी या वर्णपटीय युग्मताऱ्यातील एक सहतारा मंदप्रकाशी असल्यामुळे त्याच्या रेषा वर्णपटात दिसत नाहीत. तरीही दीप्तिमान सहताऱ्याच्या रेषांच्या स्थितीत आवर्ती बदल होत असल्यामुळे युग्मताऱ्याचे अस्तित्व सिद्ध होते. द्विरेषीय व एकरेषीय अशा दोन्ही प्रकारच्या वर्णपटीय युग्मताऱ्यांचा अभ्यास करून ताऱ्यांचे वस्तुमान काढता येते. (आ. ३१).
(इ)रूपालेखावरील परिणाम: संपूर्ण ताऱ्याच्या वेगामुळे सबंध वर्णपटरेषा सरकते, त्याचप्रमाणे ताऱ्याच्या वातावरणातील मोठ्या प्रमाणाच्या गतीमुळे रेषांच्या रूपालेखावर परिणाम होतो. उदा., एखादा तारा त्याच्या मध्यातून जाणाऱ्या अक्षाभोवती परिभ्रमण करीत असेल, तर त्याचा एक गोलार्ध आपल्याकडे येत असेल व दुसरा गोलार्ध दूर जात असेल. हा परिणाम ताऱ्याच्या विषुववृत्तावरील बिंदूंच्या बाबतीत सर्वांत अधिक असेल. ताऱ्याच्या निरनिराळ्या भागांचा एकत्रित परिणाम एक रुंद उथळ वर्णरेषा उत्पन्न करण्यात होईल [आ. २९ (आ’) मध्ये तुटक रेषेने दाखविलेला रूपालेख पहा]. अशा रुंद रेषांचा विस्तार मोजून विषुववृत्तीय वेगाचा अंदाज लावता येतो. O ताऱ्यांचा सरासरी विषुववृत्तीय वेग सर्वांत जास्त म्हणजे ५०० किमी. प्रती से. असून B ताऱ्यांचा त्याच्या खालोखाल २५० किमी./से. आहे. अत्यधिक परिभ्रमण वेगाच्या अपमध्य प्रेरणेमुळे या ताऱ्यांचा विषुववृत्ताजवळील भाग समतोल स्थितीत नसतो. त्यामुळे मधूनमधून वायू बाहेर फेकला जाऊन त्याचे कवच किंवा वलय बनते आणि त्यात उत्सर्जन रेषा उत्पन्न होऊन Oe व Be वर्णपट मिळतात. आ. २९ (आ) मध्ये R हे वलयही परिभ्रमण करत असल्याने आ. २९ (आ’) मध्ये सलग रेषेने दाखविलेला त्याच्या उत्सर्जन रेषेचा रूपालेखही रुंद आहे. शिवाय टिंबांनी दाखविलेली अरुंद शोषण रेषा चौकडीने दाखविलेल्या वलय भागात उत्पन्न होते.
“