شفق قطبی چیست و چگونه تشکیل می شود؟

نیروهای لورنتس که موجب انحراف مسیر الکترونها در میدان های مغناطیسی می شود در بسیاری از پدیده های طبیعی تجلی می یابند و فقط با یاری گرفتن از این نیروها توضیح آنها ممکن است. یکی از تماشایی ترین و با شکوهترین پدیده ها از این نوع شفق قطبی است، که مشخصه عرض های جغرافیایی بالا , نزدیکی های شمال یا جنوب مدار قطبی است. پدیده شگفت آور و زیبایی که در طول شب قطبی طولانی در آسمان دیده می شود.

آسمان تابان می شود و نقش هایی با رنگها و شکل های گوناگون دیده می شود. گاهی دارای شکل کمان یکنواخت ، ساکن یا تپنده است و گاهی عبارت است از شمار زیادی پرتو با طول موج های متفاوت ، که مانند پرده ها و نوارها بازی می کنند و پیچ و تاب می خورند. رنگ تابانی از سبز مایل به زرد به سرخ و بنفش مایل به خاکستری تغییر می کند. طبیعت و منشا شفق های قطبی زمان درازی به کلی پوشیده مانده بود. تا اینکه به تازگی برای این راز توضیح رضایت بخشی پیدا شد.

ارتفاع شفق های قطبی

قبل از همه , دانشمندان موفق شدند ارتفاعی را که شفق های قطبی ظاهر می شوند، تعیین کنند. به این منظور از یک تابانی از دو نقطه به فاصله چند ده کیلومتر از یکدیگر عکس گرفتند. به کمک چنین عکس هایی ثابت کردند که شفق های قطبی در ارتفاع 80 تا 100 کیلومتری بالای زمین (بیشتر اوقات در ارتفاع 100 کیلومتر) ظاهر می شوند. به این ترتیب دریافتند که شفق های قطبی تابانی گازهای رقیق موجود در جو زمین هستند، که تا اندازه ای به تابانی در لامپ های تخلیه گاز شبیه می باشند.

دوره تناوب ظهور شفق های قطبی

رابطه جالب بین شفق های قطبی و پدیده های دیگر روشن است. شفق های قطبی با دوره های متفاوت مشاهده می شوند. اختلاف دوره های شفق قطبی بعضی اوقات به چندین سال می رسد. مشاهدات چندین ساله آشکار ساخته اند که دوره های زیادی ماکزیمم شفق های قطبی به طور مرتب در 11.5 سال تکرار می شوند . در طول این مدت ، شماره شفق های قطبی نخست سال به سال کاهش می یابد و سپس شروع می کند به زیاد شدن تا مقدار آن در 11.5 سال از نو به ماکزیمم می رسد.

سایر پدیده های زیبای جوی

مشاهده سطح خورشید ، از خیلی پیش ، وجود لکه های تار و نامنظمی را روی قرص آن آشکار ساخته اند که اغلب شکل و جایشان عوض می شود، معلوم شده است که تعداد و مساحت کل این لکه ها از سالی به سال دیگر ، نه به طور کاتوره ای بلکه با همان دوره 11.5 سال , تغییر می کنند . در این فرایند , ماکزیمم لکه های خورشیدی ، یا فعالیت خورشیدی ماکزیمم ، همزمان با شفق قطبی ماکزیمم عارض می شوند و نابودی آنها نیز با هم هماهنگ می باشد.

تعداد توفان های مغناطیسی به ماکزیمم خود می رسد. در سالهای اخیر رابطه مشابهی بین فعالیت خورشیدی (تعداد لکه های خورشیدی) و شرایط انتشار امواج رادیویی در لایه های بالای جو اثبات شده است. بنابراین مساله ، علاوه بر معنای نظری محض ، اهمیت عملی نیز پیدا کرده است.

فرضیه بیرکلند در مورد لکه های خورشیدی

بیرکلند (B.Birkeland ) دانشمند نروژی با مقایسه نتایج اخیر این فرضیه را مطرح کرد که لکه های خورشیدی ناحیه هایی هستند که آنها باریکه های ذرات باردار (الکترونها) به داخل فضای اطراف گسیل می شوند. این ذرات با رسیدن به لایه های بالای جو زمین ، از طریق برخوردهای الکترون در این لایه ها ، مشابه تخلیه گاز در لوله ، گازها را به تابانی وا می دارند. این الکترون ها همچنین روی میدان مغناطیسی زمین و شرایط انفجار امواج رادیویی مجاور زمین اثر می گذارند.

یک پرسش و یک پاسخ

اگر نظریه بیرکلند درست باشد، چرا شفق های قطبی در عرض های بالا ، یعنی در نواحی نزدیک به قطب ها مشاهده می شوند؟ در صورتیکه می دانیم پرتوهای خورشید تمام سطح زمین را روشن می کنند. پاسخ این پرسش را استرمر (Stermer) ، دانشمند نروژی دیگر پیدا کرد. ذرات باردار گسیل شده از خورشید به جو زمین می رسند و به درون میدان مغناطیسی آن نفوذ می کنند. در آنجا نیروی لورنتس بر آنها اثر می کند. و آنها را از مسیر اولیه خود منحرف می سازد.

استرمر محاسبات ریاضی پیچیده ای انجام داد و مسیر این الکترون ها را در میدان مغناطیسی زمین حساب کرد. او نشان داد که ذرات باردار منحرف شده توسط میدان مغناطیسی زمین ، به یقین فقط به نواحی قطبی کره زمین وارد می شوند.

کاربرد ویژه نیروی لورنتس

این نظریه که در انحراف ذرات باردار در میدان مغناطیسی زمین نیروی لورنتس را به حساب می گیرد، با شمار زیادی از نتایج آزمایشگاهی به خوبی همخوانی دارد و در حال حاضر پذیرش همگانی یافته است. هر چند به تازگی برای توضیح کمی تمامی این دیدگاه دشواریهایی بروز کرده است.

چند نکته در مورد اشیای نورانی ناشناخته

این پدیده‌ها به نامهای گوناگون نامیده شده‌اند : بشقاب پرنده، آتشگوی الکتریکی، آذرخش یا صاعقه گلوله‌ای، شخانه زمینی، و نور زلزله. معمولاً هنگامی به این پدیده‌ها بشقاب پرنده اطلاق می‌شود که هیچ‌یک از دیگر نامها را به هر دلیلی نتوان بر آن پدیده اطلاق کرد. این پدیده‌ها را می‌توان، بسته به محل و منشأ آنها، به سه دسته تقسیم کرد :

الف) منشأ خارج از جو و درون منظومه شمسی؛

ب) منشأ جوی؛

ج) منشأ درون پوسته زمین.

در هر یک از این دسته‌ها یک یا چند پدیده مرتبط با اَنونا دیده شده است که توضیح مختصری در مورد هر یک ذکر می‌شود.

الف) پدیده‌های با منشأ خارج از جو و درون منظومه شمسی

1. سیاره زهره - وضعیت سیاره نورانی زهره و نزدیکی موقعیتش به افق به گونه‌ای است که اگر با شرایط جوی خاصی، مانند ابرآلودگی، همراه شود شبیه به یک شیئی نورانی خمیده کشیده می‌شود. یک یا دو مورد رؤیتهای اخیر مشخصاً سیاره زهره بوده است.

2. قطعات ماهواره‌ها - که به هنگام ورود به جو در ارتفاعهای گوناگون می‌سوزند و گاهی هم به سطح زمین می‌رسند. درخشش این قطعات هم گاهی اَنونا خوانده می‌شود.

3. شخانه‌ها یا آسمان سنگها - نادر دیده می‌شوند. اما چون سوزان به سطح زمین می‌رسند ناظر عامی ممکن است آن را اَنونا بداند.

4. بادها و فعالیتهای خورشیدی - روی بارالکتریکی و رسانش الکتریکی جو تأثیر می‌گذارند. این تأثیرگذاری اگر با شرایط مناسب جوی همراه باشد می‌تواند پدیده‌های نورانی ایجاد کند. این نوع پدیده‌ها کمتر مطالعه شده است.

ب) پدیده‌های با منشأ درون جو

جو و پدیده‌های مرتبط با آن چون از معادلات غیر خطی تبعیت می‌کند بسیار پیچیده است و پدیده‌های نامنتظر در آن پیدا می‌شود. یک نوع پدیده غیر خطی غیر عادی حرکت یک قله موج تکین روی سطح آب دریاها است که مانند یک گلوله حرکت می‌کند و در تاریخ اولین مشاهده این پدیده بیش از یک قرن می‌گذرد. امروزه مفهوم عام این پدیده در فیزیک سولیتون نامیده می‌شود. چند نوع پدیده از این دسته تا کنون ذکر شده است :

5. شخانه زمینی - شخانه‌ها یا آسمان سنگها منشأ برون-زمینی دارند، اما مشاهده شده است که اشیاء نورانی با سرعت زیاد همراه با نور و گرما به ساختمانهایی برخورد کرده است آن را خراب کرده است، مانند برخورد یک اَنونا در زمستان سال گذشته در بابل. این یک پدیده الکترومغناطیسی در جو است، که از نوع فرایندهای خود-سازمان یافته (self-organization) در آئروزولهای بسیار ظریف در جو است. در اثر این فرایند شکلی گلوله مانند به قطر ?? سانتی‌متر تا ? متر تشکیل می‌شود، که بسته به شرایط موجود در جو حرکت می‌کند و نور به رنگهای مختلف تابش می‌کند.

6. آذرخش گلوله‌ای - که شاید بتوان آنرا صاعقه گلوله‌ای نیز نامید در اثر تخلیه الکتریکی ابرها می‌تواند به وجود بیاید، گر چه مطالعه قطعی آنها در انتظار انجام است.

ج) پدیده‌های با منشأ درون پوسته زمین

7. نور زلزله - فیزیکدانان و زمین شناسان در دو سال اخیر منشأ پدیده‌ای را که معمولاً نور زلزله نامیده می‌شد کشف کرده‌اند. به هنگام فعال شدن پوسته زمین، که معمولاً زلزله نتیجه مشهود آن برای ساکنان روی زمین است، ناهنجاریهایی در میدان مغناطیسی اطراف گسلها به وجود می‌آید. همزمان با این ناهنجاریهای مغناطیسی یونها در محیط اطراف به وجود می‌آیند. به دام افتادن این یونها در میدان مغناطیسی محل گسل حرکت منظمی از سمت میدان مغناطیسی قوی به ضعیف همراه با تابش در طول موجهای مختلف ایجاد می‌کند. این حرکت بسیاری از مواقع نوسانی است، مانند صفحه‌ای نورانی که حرکتی نوسانی انجام می‌دهد. مشابه این پدیده در آزمایشگاه آینه پلاسما نامیده می‌شود. حرکت این یونها ممکن است در راستای گسل یا محور عمود بر آن باشد. مردم این پدیده را اَنونا تلقی می‌کنند.

سال 467 در زمان سلطنت جلال الدین ملکشاه سلجوقی و وزارت خواجه نظام الملک ، چون خواستند ترتیب تقویم یعنی محاسبه سال و ماه را بر طبق قوانین نجومی و دقیق معین کنند، گروهی از دانشمندان آگاه به علم نجوم را برای این کار انتخاب کردند و آنها مامور بودند تا محاسبه را ترتیب دهند و این محاسبه ، درست ترین و دقیق ترین محاسبه سال شماری و معروف به تقویم جلالی است و خیام یکی از این دانشمندان و گویا سرپرست این گروه بوده است.هر دستگاه تقسیم زمان به سال ، ماه ، هفته و روز و جدولی که شامل این تقسیمات است ، به تقویم یا تاریخ موسوم است.همه این دستگاه های قراردادی حساب زمان در نهایت به امور متناوب طبیعی و دوره های گردش طبیعی برمی گردد. در واقع باید گفت که تاریخ تقویم از زمانی شروع می شود که انسان به حال ماندگاری به زراعت پرداخت ؛ در نتیجه متوجه شد که موسم بذرافشانی به فواصل منظم همه ساله بازمی گردد.سپس به شمردن ایام میان 2 موسم متوالی بذرافشانی پرداخت.

ماههای قمری و مشکلات آن

از نخستین پیشرفت هایی که در حساب زمان حاصل شد، اتخاذ دوره گردش قمر بود. منجمان 2 تعریف برای ماه دارند؛ ماه نجومی که فاصله زمانی میان دو عبور متوالی قمر از مقابل یک ستاره ثابت است و ماه هلالی ، که فاصله زمانی میان دو مقارنه قمر و خورشید است.ماهی که در آن روزها از آن استفاده می شد، ماه هلالی بود. پس از آن که استفاده از ماههای قمری بر استفاده فصلها در تقسیم سال طبیعی غلبه پیدا کرد، ماهها را بر حسب فصلی که در آن می افتاد، نامگذاری کردند.مبنا قرار دادن ماههای قمری ، به عنوان حساب زمان ، با مشکل مواجه شد؛ چون پدیده های طبیعی که ماهها به مناسبت آنها نامگذاری شده بودند، باید همواره در همان ماه پیش بیاید که این ممکن نیست. راصدین نخستین ، وسیله ای برای محاسبه طول دقیق سال شمسی و قمری نداشتند، ولی عده ای از آنها، با شمردن تعداد ایام میان 2 انقلاب متوالی یا 2 اعتدال متوالی و حساب متوسط ارقام حاصل در طی چندین سال ، طول سال شمسی را نزدیک به 365 شبانه روز به دست آورده بودند. این گونه که مشهود است، سال شمسی نزدیک به 11 شبانه روز از 12 ماه هلالی ، طولانی تر است. اگر یک رصدکننده بدوی می خواست تناظر ماهها را با فصول طبیعی تا حدی محفوظ نگه دارد، مجبور بود اختلافی را که از جمع شدن تفاوت 11 روز در هر سال حاصل می شد و پس از 3 سال به بیش از یک ماه اضافه می شد، تصحیح کند.راه ساده این مساله ، کبس (kabs) یعنی الحاق یک ماه قمری اضافی بود. در چنین دستگاهی ، بعضی سالها 12ماهه و بعضی 13 ماهه می شدند.بسیاری از اقوام بدوی کبس را از طریق مشاهده انجام می دادند.

سال شمسی

برای مصریان قدیم ، به مناسبت نقش حیاتی طغیان های سالانه رود نیل در اقتصاد زراعتی آنها و به ترتیب نسبتا منظم این طغیان ها، سال شمسی اهمیتی بیش از سال قمری داشت.به همین دلیل ، از زمانهای بسیار دور، تقویم شمسی خالص ، جایگزین تقویم قمری بدوی شد. سال شمسی به 3 فصل 4 ماهه تقسیم می شد.هر ماه 30 شبانه روز بود و پس از 12 ماه ، 5 روز اضافی درج می شد و به این ترتیب ، سال درست ، مرکب از 365 شبانه روز بود.در سالی که این تقویم اختیار شد، اولین روز اولین ماه ، مقارن ، رصد تشریق شعرای یمانی آغاز شد و انتخاب آن مسلما به این سبب بود که تقریبا مقارن آغاز طغیان نیل و انقلاب صیفی بود.

تقویم جلالی یا ملکی

تقویم شمسی که در زمان جلال الدوله ملکشاه سلجوقی تاسیس شد و در قسمت اعظم ایران رواج یافت ، همان تقویمی است که امروزه رایج است.مبدا این تقویم روز جمعه 9 رمضان 471 هجری قمری است. سال جلالی از اول بهار آغاز می شود و 12 ماه 30 روزه و 5روز اضافی به دنبال ماه دوازدهم دارد. روز اول سال جلالی ، یعنی روز ورود خورشید به اعتدال بهاری با روز ورود خورشید به نخستین درجه حمل انطباق یافت با این قرارداد، سال جلالی به عکس سال مسیحی که در هر 10 هزار سال ، قریب 3 روز با سال شمسی اختلاف پیدا می کند، همیشه مطابق با سال شمسی قرار دارد و آن را می توان دقیق ترین تقویم جهان دانست ؛ ولی سالهای کبیسه در تقویم جلالی ، ثابت نیستند و کبیسه کردن موقوف به نتایج رصد هر سال است.

تقویم های زرتشتی

زرتشتی گری در دوره ساسانی رواج یافت. پس از حمله اعراب ، زرتشتیان در مناطق مختلف پخش شدند که باعث پیدایش تقویم های گوناگون شد.تقویم زرتشتی ، خورشیدی است و با زمان تاجگذاری آخرین پادشاه زرتشتی ، یزدگرد سوم ، شروع می شود.سال تقویم اوستایی (زرتشتی) در هر 4 سال ، یک شبانه روز یا به طور دقیق تر در هر 128 سال ، 31 شبانه روز از سال شمسی حقیقی عقب می افتد و در نتیجه ، مثلا نوروز در طول سال تغییر می کند.در باب تنظیم زمان در ایران باستان ، اطلاعات قطعی در دست نیست. احتمالا در بدو امر، سال قمری ایجاد شده ، ولی ظاهرا میان مردم کشاورز و گله دار، که اساس کارهایشان بر فصول طبیعی است ،باید بزودی ترتیب کبیسه ای داده شده باشد.اولین شکل تقویم که از آن نزد اقوام ایرانی خبر داریم ، تقویم اوستایی قدیم است که قمری - شمسی و آغازش بر پایه انقلاب سیفی بوده است.بعید نیست که در نتیجه مهاجرت اقوام ایرانی و به اقتضای آب و هوا یا به واسطه رابطه ای که با تمدن بابلی و آشوری داشتند، مبدا سال آنها تغییر کرده باشد. نشانه این تقویم پارسی قدیم در کتیبه های داریوش پیدا شده است.تقویم اوستایی در تمام جزییات با تقویم مصری مطابق است و هر روز ماه ، چنان که در مصر معمول بوده ، به یک فرشته موکل منسوب و به اسم او موسوم است و البته تنها مشکل در این تقویم ، همانند بسیاری از تقویم های دیگر، کبیسه گیری بوده است که این مشکل با به وجود آمدن تقویم جلالی تا حدودی حل شد.

هرگاه سیستمی از جسم های تابش کننده و جذب کننده بسته باشد در اینصورت گاز فوتونی « گازی که جسم ها به یاری آن انرژی تبادل می کنند » باید با اتم های تامین کننده فوتون ها در تعادل باشد. تعداد فوتون ها با انرژی hv به این بستگی دارد که چند اتم در سطح E1 و چند تا در سطح E2 قرار دارند؟. در مورد تعادل این عددها بدون تغییر باقی می مانند. به هر حال از آنجا که روندهای تحریک و تابش در همان زمان روی می دهند. تعادل ماهیت دینامیک دارد. اتم ها یا سیستم اتمی به طریقی ( با برخورد با ذره ها یا بر اثر جذب یک فوتون از خارج ) به سطح بالاتری ارتقا می یابند. سیستم تا مدت تا حدی نامعین ( معمولا کسری از یک ثانیه ) در حالت تحریک شده پافشاری می کندو سپس به سطح پایین تری بر می گردد. این روند را تابش خودبخودی می خوانند. اتم همانند توپ کوچکی رفتار می کند که بر روی قله نوک تیزی با برجستگی ها و فرورفتگی های پیچیده قرار دارد. کمترین نسیم کافی است تا تعادل را بر هم زند. توپ رو به پایین دره معمولا پایین ترین نقطه غلت می خورد و در این صورت تنها تاثیر نیرومندی می تواند دوباره آن را در بیاورد ما می گوییم که اتم در پایین ترین سطح افتاده است و در حالت پایداری است.

ولی در اینجا باید توجه کنیم که بین قله و پست ترین بخش های دره حالت های بینابینی نیز وجود دارد. ممکن است توپ در فرورفتگی ناچیزی در حال سکون باشد که می توان آن را به یاری به اصطلاح دمی از هوا و با حداقل فشار کمی از مخمصه نجات داد.این حالت ناپایدار تزلزل پذیر است. بدین ترتیب در کنار حالت پایدار و تحریک شده نوع سومی از سطح انرژی - نوع تزلزل پذیری - وجود دارد. خلاصه کنیم در اینصورت انتقال در هر دو جهت روی خواهد داد. ابتدا یک اتم و سپس اتم دیگری به سطح انرژی بالاتری حرکت خواهد کرد.

در لحظه بعدی آن ها به سطح پایین تر سقوط خواهد کرد و نور خارج می کنند ولی در همان زمان ویژه اتم های دیگری انرژی دریافت خواهد کرد و به سطح های بالاتر ارتقا خواهند یافت.

قانون بقای انرژی ملزم می کند که تعداد انتقال به بالا با تعداد انتقال به پایین برابری می کند. تعداد انتقال به بالا به چه چیزی بستگی دارد؟

دو عامل : نخست تعداد اتم ها در طبقه پایین تر و دوم تعداد ضربه ها یا برخورد که آن ها را به طبقه بالاتر ارتقا می دهد از تعداد رو به پایین چه ؟

البته آن با تعداد اتم های واقع در طبقه بالاتر تعیین می شود و به نظر خواهد رسید که مستقل از هر عامل دیگری است. این دقیقا همان چیزی است که فیزیکدانان در ابتدا تصور می کردند و با این حال تکه ها با هم جور در نمی آمدند. تعداد انتقال های بالا که به دو عامل بستگی دارد با مقایسه تعداد انتقال های رو به پایین که تنها به یک عامل بستگی دارد با افزایش دما بسیار تندتر افزایش می یافت . معلوم شد که این مدل چنین آشکاری هیچ و پوچ است. دیر یا زود همه اتم ها به بالاترین سطح رانده می شدند. سیستم در حالت ناپایداری بدون هیچ تابشی می بود.

دقیقا همین نتیجه گیری غیر ممکن بود که انیشتین در سال 1926 از میان استدلال های پیشینیان خود دست چین کرد. ظاهرا تاثیر « نفوذ » دیگری وجود داشت که بر انتقال اتم ها از طبقه بالاتر به طبقه پایین تر اثر می گذاشت. هر کس تنها می توانست نتیجه بگیرد که علاوه بر انتقال خودبخودی انتقال اجباری به سطح پایین تر وجود داشت.

به اصطلاح تابش ( امیسیون ) تحریک شده چیست؟ به طور خلاصه این است سیستمی در سطح پایین تر است آن با تفاوتE2-E1=hv از سطح پایین تر جدا شده است. اینک هرگاه فوتونی با انرژی hv بر روی سطح بیفتد در اینصورت سیستم را وادار می کند تا به سطح پایین تری حرکت کند. این فوتون افتاده در طول روند جذب نمی شود ولی به حرکت خود ادامه می دهد در حالی که با فوتون تازه ای دقیقا از همان نوع که توسط فوتون نخست ایجاد شده است همراهی می شود. در این استدلال دنبال هیچ منطقی نباشید. آن استدلال اشراقی حدس بود و قرار بود آزمایش درست یا نادرست بودن آن را اثبات کند

با استفاده از فرض خروج ( تابش ) تحریک شده ما قادریم فرومولی کمی اتخاذ کنیم که نمودار تابش را به صورت تابعی از طول موج جسم گرم شده نمایان می سازد. تئوری ثابت کرد که توافق نمایانی با آزمایش دارد و بدین ترتیب فرضیه را محق جلوه داد.

هر شی در نجوم بوسیله تابش الکترو مغناطیسی مشاهده می شود بنابر این توجه به برخی از مبانی فیزیک درباره تابش وجذب لازم است .تابش الکترو مغناطیسی فقط یک موج متحرک در میدان مغناطیسی و الکتریکی است که در معادلات ماکسول به هم مربوط می شوند.موج الکترو مغناطیسی باسرعت نور منتشر می شود. C=2.998*108
حاصل ضرب طول موج و فرکانس برابر سرعت نور است.
C=F*g
که به صورت سنتی طیف سنجها طول موج را اندازه گیری می کنند.
با وسائل جدید تمام محدوده طیف قابل مشاهده است. تعدادی ازطول موجهایی که فقط می توانند در بالای جو اندازه گیری شوند؛درفنآوری ماهواره ای به کارمی روند.

تابش نور به چندطریق صورت می گیرد:
1-فرآیند پهن شدگی (فرآیند گرما یونی )-تابش جسم سیاه. 2-تابش خطی .
3-تابش سینکروترون ناشی از بارهای الکتریکی شتابدار.
ما درباره’ مورد اول بحث خواهیم کرد
تابش جسم سیاه:

جسم گرم در دمای مشخص T گستره پهنی از امواج الکترو مغناطیس تابش می کندو جسم گرمتر آبی تر تابش میکند .
برای مثال داخل زمین یک مخزن نور است که مانند یک باطری ضعیف شده کم نورتر وقرمزتر است . این مسئله در ابتدای قرن بیستم در فیزیک کلاسیک حل شده ویکی از موفقیتهای مکانیک کوانتومی شکل گرفته بود.
طیف تابش گسیل یافته برای فیزیک کلاسیک یک مشکل بزرگ بود .
استفان و بولتزمن کشف کردند که تمام گرمای تابش شده بوسیله سطح جسمی با مساحت A و دمایT برابر است با:
Q=AsT4 s =5.67*108
شدت تابش درواحد حجم که تابع طول موج است ،اندازه گیری شد. موقعیت ماکزیمم ناگهانی در طیف ،توسط قانون جابجایی وینز ((Wiens تشریح شد و مکان بیشترین شدت در طول موج
-3^10*2.9 که در آن Tدر مقیاس کلوین است.
بنابرا ین طول موج تابش گسیل یافته، نظریه تابشی جسم را ارائه می دهد.
تلاشهای رایلی (Rayleigh)برای توضیح مشاهدات از نظر کلاسیکی نا موفق بود .او محاسباتی انجام داد با این فرض که موجها درون کاواک قرار بگیرند وتابش گریزی از سوراخ کوچکی در دیواره کاواک را بدست آورد.فقط طول موجهایی مجازبودند که دقیقا موج بر دیواره کاواک قرار می گرفت (دیواره’ کاواک مکان گره ها بود).
رایلی فرض کرد که هر گونه طول موج دارای انرژی KT است( K ثابت بولتزمن است).محاسبات پش بینی می کرد که در دمای T تابندگی (شدت تابش ) به طول موج وابسته است.
I(l)= T/landa^4
فرض بالا یک مشکل دارد؛وقتی طول موج صفر می شود شدت بینهایت می گرددواین مساله به عنوان فاجعه فرابنفش شناخته شد.
در سال 1900م.پلانگ این مشکل را با گسسته فرض کردن تابش الکترو مغناطیسی حل کرد.او فرض کرد که تابش بوسیله نوسانگرهای الکترو مغناطیسی درون دیواره کاواک تولید میشود.انرژی نوسانگرها فقط می توانست به صور ت گسسته مضربی از بسامد باشدn=0,1,2,3,… ; E=nhn.
محا سبات پلانگ تفاوت بنیادی با محاسبا ت رایلی داشت که مقادیر انرژی را پیوسته فرض کرده بود. محاسبات پلانک تابندگی در طول موج خاص را بصورت زیر داد:
I(l)=2*?*h*c^2/[l^5[exp(hc/lkT)-1]]
فرم بالاقانون استفان بولتزمن و قانونوینز را تایید می کند
. در طول موجهای زیاد فرمول بال منجر به نتایج رایلی می شود.
در واقع در اندازه گیری دمای یک ستاره نوعی طیف سنجی یا نور سنجی میتواند به کار رود.
مقایسه بین تابندگی نسبی مقدار نور گسیل شده یک ستاره در دو طول موج:.
این نسبت مشخصه دمایی است بنابر این اندازه گیری تمام طیف جسم سیاه الزامی نیست.چون تابندگی در هر دمای مشخص به طور نسبی در شدت 550 nm بهنجار شده است.called V or Visual Band )) ((
اندازه گیری دوم در تابندگی 440nm
(( called B or Blue band ))
اندازه گیری دما را ممکن میسازد