빛이 프리즘을 통과할 때 파장에 따 라 나누어져 나타나는 여러 가지 색깔의 띠를 말해요. 이런 스펙트럼은 물질을 구성하는 원자가 외부로부터 에너지를 받거나 외부로 에너지를 잃을 때 특정한 파장의 빛이 흡수되거나 방출되어 고유한 스펙트럼이 나타게 되는 거예요.
※원소마다 스펙트럼이 다른 까닭
원자 내부의 전자는 특정한 위치에만 존재할 수 있으며, 그 위치에서 전자가 갖는 에너지를 에너지 준위라고 한다. 전자가 다른 에너지 준위로 이동할 때 에너지 차이에 해당하는 파장의 빛을 흡수하거나 방출하는데, 이때 선 스펙트럼이 관측된다. 에너지 준위 차이는 원소마다 다르므로 원소마다 고유한 선 스펙트럼이 나타난다.
같은 원소에서 빛 에너지의 출입이 일어날 경우 흡수 선과 방출선은 같은 위치에 나타난다.
즉 에너지 준위를 쉽게 이해하자면 영화관에 가면 우린 예매한 좌석에 맞게 앉아야 해요. 이처럼 전자도 영화관 자리처럼 정해진 자리에 있다는 거예요.
우리가 우주에는 수소와 헬륨 질량비 3:1이라는 것을 배웠죠. 이 수소 : 헬륨 질량비 3:1에 대한 증거를 찾는 방법이 바로 스펙트럼을 이용하는 거예요.
우린 별과 은하 등의 천체의 스펙트럼 분석을 통하여 별과 은하에 있는 원소의 종류와 양(질량비)을 알 수 있어요.
1) 원소의 종류
중 2때 원소의 분류를 할 때 분광기를 이용하여 원소의 종류를 파악할 수 있다고 배웠어요. 이를 통하여 별빛의 흡수 스펙트럼을 분석하여 원소의 스펙트럼과 비교하면 원소마다 스펙트럼에 나타나는 선의 위치(파장)가 다르기 때문에 구성원소를 알 수 있게 되죠.
2) 원소의 양(질량비)
흡수선의 선폭을 비교하면 원소의 질량비를 알 수 있는데 흡수선의 세기는 원소의 밀도에 비례하기 때문이예요.
천체의 스펙트럼 분석을 통하여 별과 은하에 있는 원소의 종류와 양(질량비) 확인 가능
스펙트럼 분석 결과 우주를 구성하는 원소의 대부분은 수소와 헬륨이 있다는 것을 알 수 있어요. 이는 빅뱅 우주론에서 수소와 헬륨의 질량비를 약 3:1로 예측하였는데, 천체의 스펙트럼을 분석하여 알아낸 실제 질량비와 일치하게 되었고, 빅뱅 우주론에서 예측한 값과 실제로 관측 한 값이 같으므로 빅뱅 우주론을 지지하는 증거가 될 수 있죠.
빅뱅 우주론의 확립
빅뱅 우주론을 지지하는 관측 증거들이 나오면서 빅뱅 우주론이 확립되었다.
➜ 수소와 헬륨의 질량비, 우주 배경 복사가 빅뱅 우주론의 증거이다.