විද්‍යුත් චුම්බක වර්ණාවලිය (Electromagnetic Spectrum)

PHYSICS / ELECTROMAGNETIC THEORY

විද්‍යුත් චුම්බක වර්ණාවලිය

විද්‍යුත් චුම්බක වර්ණාවලිය යනු ශක්තිය, තරංග ආයාමය සහ සංඛ්‍යාතය අනුව වර්ගීකරණය කර ඇති සියලුම විද්‍යුත් චුම්බක විකිරණවල පරාසයයි. ගුවන් විදුලි තරංගවල සිට ගැමා කිරණ දක්වා මෙම වර්ණාවලිය විහිදේ. අප දකින ආලෝකය මෙම වර්ණාවලියේ ඉතා කුඩා කොටසක් පමණි.

පරාසය ගුවන් විදුලි තරංග සිට ගැමා කිරණ දක්වා

ප්‍රධාන සාධක තරංග ආයාමය සහ සංඛ්‍යාතය

වේගය රික්තයක් තුළ ආලෝකයේ වේගය (c)

ASTRONOMY / OBSERVATION

තාරකා විද්‍යාවේදී EM වර්ණාවලිය

තාරකා විද්‍යාඥයන් විසින් විශ්වයේ ඇති වස්තූන් නිරීක්ෂණය කරන්නේ ඒවා විමෝචනය කරන විද්‍යුත් චුම්බක විකිරණ මගිනි. එක් එක් විකිරණ පරාසය මගින් විශ්වයේ වෙනස් පැතිකඩක් අපට පෙන්වයි:

ගුවන් විදුලි තරංග Cold Gas / Pulsars අධ්‍යයනය

අධෝරක්ත (Infrared) දූවිලි වලාකුළු හරහා තරු බිහි වීම

දෘශ්‍ය ආලෝකය සාමාන්‍ය තරු වල වර්ණය හා උෂ්ණත්වය

X-කිරණ Black Holes / අධික උණුසුම් වස්තූන්

ASTROPHYSICS / SPECTROSCOPY

වර්ණාවලි වර්ග

තාරකා විද්‍යාවේදී අපට මූලික වශයෙන් වර්ණාවලි වර්ග දෙකක් හමුවේ. විමෝචන වර්ණාවලියේදී උණුසුම් වායු වලින් ආලෝකය නිකුත් වේ (දීප්තිමත් රේඛා). අවශෝෂණ වර්ණාවලියේදී සිසිල් වායු හරහා ආලෝකය ගමන් කරන විට යම් තරංග ආයාම අවශෝෂණය වේ (අඳුරු රේඛා).

විමෝචන (Emission) උණුසුම් වායුව - දීප්තිමත් රේඛා (Bright lines)

අවශෝෂණ (Absorption) සිසිල් වායුව - අඳුරු රේඛා (Dark lines)

ප්‍රයෝජනය තරු වල රසායනික සංයුතිය හඳුනාගැනීම

ASTROPHYSICS / STELLAR TEMPERATURE

වීන්ගේ විස්ථාපන නියමය

තාරකාවක උෂ්ණත්වය වැඩි වන විට, එය නිකුත් කරන ආලෝකයේ උපරිම තරංග ආයාමය (Peak Wavelength) කෙටි වේ. සරලව කිවහොත්, උණුසුම් තරු නිල් පැහැයට හුරු වන අතර, සිසිල් තරු රතු පැහැයට හුරු වේ. මෙම සම්බන්ධතාවය වීන්ගේ නියමය මගින් පැහැදිලි කරයි.

සූත්‍රය λ_max × T = නියතයකි (Constant)

නිල් තරු ඉහළ උෂ්ණත්වය (කෙටි තරංග ආයාමය)

රතු තරු අඩු උෂ්ණත්වය (දිගು තරංග ආයාමය)

ASTROPHYSICS / MOTION

ඩොප්ලර් ආචරණය

තාරකාවක් අප වෙත හෝ අපෙන් ඉවතට ගමන් කරන විට එහි වර්ණාවලිය වෙනස් වේ. වස්තුවක් අපෙන් ඈතට ගමන් කරන විට එහි තරංග ආයාමය දිගු වී රතු පැහැය දෙසට විස්ථාපනය වේ (Redshift). වස්තුවක් අප වෙත ළඟා වන විට තරංග ආයාමය කෙටි වී නිල් පැහැය දෙසට විස්ථාපනය වේ (Blueshift).

Redshift වස්තුව ඈතට ගමන් කිරීම

Blueshift වස්තුව ලඟා වීම

වැදගත්කම මන්දාකිණිවල වේගය මැනීම

ASTROPHYSICS / STELLAR STRUCTURE

වර්ණාවලි රේඛා පළල (Spectral Line Broadening)

තාරකාවක වර්ණාවලි රේඛා වල පළල (Width) මගින් එහි වායුගෝලයේ පීඩනය සහ ගුරුත්වාකර්ෂණය හෙළි කරයි. ඉහළ පීඩනයක් සහිත වායුගෝලයක ඇති පරමාණු එකිනෙක ගැටීම නිසා රේඛා වඩාත් පළල් වේ (Pressure Broadening). මෙය තාරකාවේ ප්‍රමාණය (වාමන තරු හෝ යෝධ තරු) හඳුනා ගැනීමට මහෝපකාරී වේ.

පීඩනය වැඩි නම් රේඛා වඩාත් පළල් වේ (Pressure Broadening)

ප්‍රතිඵලය තාරකාවේ විශාලත්වය සහ ඝනත්වය

පාවිච්චිය Hertzsprung-Russell රූප සටහනේ තාරකාව පිහිටීම

ASTROPHYSICS / STELLAR DYNAMICS

භ්‍රමණ විස්තාරණය (ROTATIONAL BROADENING)

තාරකාවක් ඉතා වේගයෙන් භ්‍රමණය වන විට, එහි මතුපිටින් එන ආලෝකය ඩොප්ලර් ආචරණයට ලක් වේ. තාරකාවේ එක් පසක් අප දෙසට පැමිණෙන විටත් (Blueshift), අනෙක් පස ඉවතට ගමන් කරන විටත් (Redshift), එකම රේඛාවක තරංග ආයාම දෙකක් නිර්මාණය වී රේඛාව පුළුල් වේ. මෙය තාරකාවක භ්‍රමණ වේගය මැනීමට අපට උපකාරී වේ.

සිදුවීම තාරකාවේ වේගවත් භ්‍රමණය

ප්‍රතිඵලය වර්ණාවලි රේඛා පැතිරී යාම (Broadening)

භාවිතය තාරකාවේ භ්‍රමණ වේගය (v sin i) ගණනය කිරීම

ASTROPHYSICS / CONCLUSION

ස්පෙක්ට්‍රොස්කොපි: විශ්වයේ අභිරහස්

ස්පෙක්ට්‍රොස්කොපි යනු තාරකා විද්‍යාඥයන් සතු ප්‍රබලම මෙවලමයි. එය මගින් අපට ආලෝක වර්ෂ බිලියන ගණනක් දුරින් ඇති තාරකාවල රසායනික සංයුතිය, උෂ්ණත්වය, වේගය සහ භ්‍රමණය පවා මැන බැලිය හැකිය. ආලෝකය යනු විශ්වයේ රහස් පණිවිඩ රැගෙන එන වාහකයයි; ස්පෙක්ට්‍රොස්කොපි මගින් අප එම පණිවිඩ විකේතනය කරයි.

සාරාංශය ආලෝකය = විශ්වයේ දත්ත

ප්‍රතිඵලය විශ්වයේ රසායන විද්‍යාව සහ ගතිකය

අනාගතය නව දුරේක්ෂ සහ ගැඹුරු අවකාශ ගවේෂණය

ප්‍රශ්න අංක 01: මූලික හඳුන්වාදීම

ප්‍රශ්නය

විද්‍යුත් චුම්බක වර්ණාවලියේ ඇති තරංග වර්ග 7, තරංග ආයාමය (Wavelength) වැඩිම ස්ථානයේ සිට අඩුම ස්ථානයට නිවැරදිව පෙළගස්වා ඇති වරණය කුමක්ද?

(A) ගැමා කිරණ, එක්ස්-රේ, පාරජම්බුල, දෘශ්‍ය ආලෝකය, අධෝරක්ත, ක්ෂුද්‍ර තරංග, රේඩියෝ තරංග

(B) රේඩියෝ තරංග, ක්ෂුද්‍ර තරංග, අධෝරක්ත, දෘශ්‍ය ආලෝකය, පාරජම්බුල, එක්ස්-රේ, ගැමා කිරණ

(C) රේඩියෝ තරංග, අධෝරක්ත, ක්ෂුද්‍ර තරංග, දෘශ්‍ය ආලෝකය, එක්ස්-රේ, පාරජම්බුල, ගැමා කිරණ

පිළිතුර සහ විවරණය

නිවැරදි වරණය: (B)

මතක තබා ගැනීමට ලෙහෙසි ක්‍රමයක් (Mnemonic):
Roman Men Invented Very Useful X-ray Glasses

තරංග වර්ගය	තරංග ආයාමය	ශක්තිය / සංඛ්‍යාතය
Radio waves	උපරිමයි (> 1 m)	අවමයි
Visible Light	මැද අගය (400-700 nm)	මැද අගය
Gamma Rays	අවමයි (< 10^-12 m)	උපරිමයි

ප්‍රශ්න අංක 02: තරංගවල ප්‍රයෝජන

ප්‍රශ්නය

විද්‍යුත් චුම්බක තරංග සහ ඒවා තාරකා විද්‍යාවේදී හෝ එදිනෙදා තාක්ෂණයේදී ප්‍රයෝජනයට ගන්නා අවස්ථා පිළිබඳව පහත දී ඇති ජෝඩු (Pairs) අතුරින් වැරදි සම්බන්ධතාවය අඩංගු වන්නේ කුමන වරණයෙහිද?

(A) ක්ෂුද්‍ර තරංග (Microwaves) → විශ්වයේ ඈතින් එන CMB විකිරණ අධ්‍යයනය සහ චන්ද්‍රිකා සන්නිවේදනය

(B) අධෝරක්ත කිරණ (Infrared) → ජේම්ස් වෙබ් (JWST) දුරේක්ෂය මඟින් මන්දාකිනිවල දූවිලි වලාකුළු විනිවිද බැලීම

(C) එක්ස්-රේ (X-rays) → රේඩාර් (Radar) පද්ධති මඟින් ගුවන් යානා සහ ග්‍රහකවල දුර සෙවීම

පිළිතුර සහ විවරණය

වැරදි සම්බන්ධතාවය: (C)

නිවැරදි විස්තරය:
රේඩාර් (RADAR - Radio Detection and Ranging) පද්ධති සඳහා භාවිතා කරන්නේ එක්ස්-රේ නොව, රේඩියෝ තරංග (Radio waves) හෝ ක්ෂුද්‍ර තරංග (Microwaves) වේ.

අනෙක් වරණ නිවැරදි වීමට හේතු:

Microwaves: කොස්මික් පසුබිම් විකිරණ (CMB) පවතින්නේ ක්ෂුද්‍ර තරංග කලාපයේ නිසා (A) නිවැරදියි.
Infrared: ජේම්ස් වෙබ් දුරේක්ෂය (JWST) අභ්‍යවකාශයේ ඇති දූවිලි පටල විනිවිද දැකීමට අධෝරක්ත කිරණ කලාපයම භාවිතා කරන බැවින් (B) ද නිවැරදියි.
X-rays වල සැබෑ ප්‍රයෝජනය: තාරකා විද්‍යාවේදී කළු කුහර (Black Holes) සහ සුපර්නෝවා අවශේෂ වැනි අධික ශක්ති ප්‍රභව අධ්‍යයනයට චන්ද්‍රා (Chandra X-ray Observatory) වැනි දුරේක්ෂ මඟින් එක්ස්-රේ භාවිතා කරයි.

ප්‍රශ්න අංක 03: Math & Extreme Zone

ගැටලුව (Question)

විද්‍යුත් චුම්බක වර්ණාවලියේ දෘශ්‍ය කලාපයට අයත් නිල් ආලෝක කිරණයක තරංග ආයාමය λ = 4 × 10^-7 m (400 nm) වේ. ආලෝකයේ වේගය c = 3 × 10⁸ m/s සහ ප්ලාන්ක් නියතය h = 6.6 × 10^-34 J s නම්, මෙම නිල් ආලෝක ෆෝටෝනයක සංඛ්‍යාතය (f) සහ ශක්තිය (E) පිළිවෙලින් සොයන්න.

භාවිතා වන මූලික සූත්‍ර

සංඛ්‍යාතය සෙවීමට: f = c / λ
ශක්තිය සෙවීමට: E = h × f හෝ E = (h × c) / λ

පියවරෙන් පියවර විසඳීම

පියවර 1: සංඛ්‍යාතය (f) සෙවීම

f = (3 × 10⁸) / (4 × 10^-7)

f = (3 / 4) × 10^{(8 - (-7))}

f = 0.75 × 10¹⁵ = 7.5 × 10¹⁴ Hz

පියවර 2: ශක්තිය (E) සෙවීම

E = h × f

E = (6.6 × 10^-34) × (7.5 × 10¹⁴)

E = (6.6 × 7.5) × 10^{(-34 + 14)}

E = 49.5 × 10^-20 = 4.95 × 10^-19 J

පිළිතුරු:
f = 7.5 × 10¹⁴ Hz
E = 4.95 × 10^-19 J

ASTROPHYSICS / PHYSICS CONSTANTS

වීන්ගේ නියතය (b)

වීන්ගේ විස්ථාපන නියමය ගණිතමය වශයෙන් ප්‍රකාශ කරන්නේ λ_max × T = b ලෙසයි. මෙහි b යනු "වීන්ගේ නියතය" ලෙස හැඳින්වේ. එහි අගය දළ වශයෙන් 2.898 × 10^-3 m·K වේ. මෙම නියතය මගින් තාරකාවක උෂ්ණත්වය සහ එයින් නිකුත් වන උපරිම තරංග ආයාමය අතර ඇති පරම සම්බන්ධතාවය තීරණය කරයි.

සූත්‍රය b = λ_max × T

නියතයේ අගය 2.898 × 10^-3 m·K

වැදගත්කම තාරකාවක උෂ්ණත්වය ගණනය කිරීම

ප්‍රශ්න අංක 04: Wien's Displacement Law

ගැටලුව (Question)

අපගේ සූර්යයාගේ මතුපිට උෂ්ණත්වය ආසන්න වශයෙන් T = 5800 K වේ. සූර්යයා පූර්ණ කළු වස්තුවක් (Blackbody) ලෙස සලකා, වීන්ගේ විස්ථාපන නියතය b = 2.9 × 10^-3 m K ලෙස ගෙන, සූර්යයාගෙන් උපරිම තීව්‍රතාවයකින් පිටවන විකිරණවල තරංග ආයාමය (λ_max) නැනෝමීටර් (nm) වලින් සොයන්න.

භාවිතා වන මූලධර්මය

සූත්‍රය: λ_max × T = b
තරංග ආයාමය උක්ත කළ විට: λ_max = b / T
ඒකක පරිවර්තනය: 1 nm = 10^-9 m

පියවරෙන් පියවර විසඳීම

1. සූත්‍රයට අගයන් ආදේශ කිරීම (මීටර් වලින්):

λ_max = (2.9 × 10^-3) / 5800

2. විද්‍යාත්මක අංකනයෙන් සුළු කිරීම:

λ_max = (2.9 × 10^-3) / (5.8 × 10³)

λ_max = (2.9 / 5.8) × 10^{(-3 - 3)}

λ_max = 0.5 × 10^-6 m

λ_max = 5 × 10^-7 m

3. නැනෝමීටර් (nm) වලට පරිවර්තනය කිරීම:

5 × 10^-7 m = 500 × 10^-9 m

පිළිතුර: λ_max = 500 nm

(500 nm තරංග ආයාමය අයත් වන්නේ විද්‍යුත් චුම්බක වර්ණාවලියේ දෘශ්‍ය ආලෝක කලාපයේ (Visible Light) කොළ-කහ පැහැයටයි. සූර්යයා වැඩිපුරම මෙම වර්ණයෙන් ශක්තිය පිට කළත්, වායුගෝලීය විසිරීම් නිසා අපට එය සුදු හෝ කහ පැහැයෙන් පෙනේ.)

තරු වල වර්ණය සහ උෂ්ණත්වය

වීන්ගේ නියමය සහ වර්ණ (Wien's Law)

තරුවක වර්ණය තීරණය වන්නේ එයින් පිටවන උපරිම තීව්‍රතාවයක් ඇති තරංග ආයාමය (λ_max) මතයි. වීන්ගේ විස්ථාපන නියමයට අනුව තරුවක උෂ්ණත්වය (T) වැඩි වන විට, එයින් පිටවන තරංග ආයාමය කෙටි වේ (නිල්/දෙමට දෙසට හැරේ).

      λmax × T = 2.898 × 10-3 m K
    

නිරීක්ෂණය: නිල් සහ දම් පාට තරු (උදා: රිගෙල් - Rigel) විශ්වයේ ඇති අතිශය උණුසුම් තරු වන අතර, රතු පාටින් පෙනෙන තරු (උදා: බෙටල්ජියුස් - Betelgeuse) උෂ්ණත්වයෙන් අඩුම (සිසිල්) තරු වේ.

දෘශ්‍ය කලාපීය ප්‍රස්ථාරය (Spectrum Chart)

එක් එක් වර්ණයට අදාළ සාමාන්‍ය තරංග ආයාමය (nm) සහ වීන්ගේ නියමයෙන් ලැබෙන කළු වස්තු උෂ්ණත්වය (K) පහත ප්‍රස්ථාරයෙන් දැක්වේ:

දම් (Violet) ~410 nm → ~7,060 K

නිල් (Blue) ~470 nm → ~6,160 K

කොළ (Green) ~530 nm → ~5,460 K

කහ (Yellow) ~580 nm → ~5,000 K

තැඹිලි (Orange) ~610 nm → ~4,750 K

රතු (Red) ~680 nm → ~4,260 K

ASTROPHYSICS / STELLAR RADIATED POWER

ස්ටෙෆාන්-බෝල්ට්ස්මාන් නියමය (මුළු බලය)

මෙම නියමය මඟින් වස්තුවක (හෝ තාරකාවක) පෘෂ්ඨයෙන් නිකුත් වන මුළු විකිරණ ශක්තිය හෙවත් මුළු විකිරණ බලය (P) සහ එහි පරම උෂ්ණත්වය (T) අතර සම්බන්ධය පෙන්වා දෙයි. වස්තුවක මුළු බලය, එහි පෘෂ්ඨීය වර්ගඵලයට (A) සහ උෂ්ණත්වයේ සිව්වන බලයට (T⁴) සෘජුවම අනුපාතික වේ.

සූත්‍රය P = σ × A × T⁴

සංකේත P = මුළු බලය (W) | A = වර්ගඵලය (m²) | T = උෂ්ණත්වය (K)

වැදගත්කම තාරකාවල ප්‍රමාණය සහ මුළු ශක්ති ප්‍රතිදානය සෙවීම

ප්‍රශ්න අංක 05: Stefan-Boltzmann Law

ගැටලුව (Question)

එකම ප්‍රමාණයෙන් (සමාන පෘෂ්ඨ වර්ගඵලයක් ඇති) යුතු X සහ Y ලෙස තරු දෙකක් සලකන්න. X තරුවේ මතුපිට උෂ්ණත්වය 3000 K වන අතර Y තරුවේ මතුපිට උෂ්ණත්වය 6000 K වේ. X තරුව මඟින් තත්පරයකදී නිකුත් කරන මුළු විකිරණ ශක්තිය P නම්, Y තරුව මඟින් නිකුත් කරන මුළු විකිරණ ශක්තිය P ඇසුරෙන් කොපමණද?

විසඳන මූලධර්මය

සූත්‍රය: P = σ × A × T⁴
තරු දෙකේම වර්ගඵලය (A) සමාන නිසා, මුළු ශක්තිය උෂ්ණත්වයේ 4 වන බලයට සෘජුවම සමානුපාතික වේ: P ∝ T⁴
එනම්, උෂ්ණත්වය වැඩි වන වාර ගණන මෙන් 4 වතාවක් (බලයක්) ශක්තිය වැඩි වේ.

පියවරෙන් පියවර විසඳීම

1. උෂ්ණත්වයන් අතර අනුපාතය සෙවීම:

Y තරුවේ උෂ්ණත්වය / X තරුවේ උෂ්ණත්වය = 6000 K / 3000 K = 2

(එනම් Y තරුවේ උෂ්ණත්වය X මෙන් 2 ගුණයකි.)

2. ස්ටෙෆාන්-බෝල්ට්ස්මන් නියමයට අනුව ශක්තීන් සැසඳීම:

P_Y / P_X = (T_Y / T_X)⁴

P_Y / P = (2)⁴

3. අවසන් බලය සුළු කිරීම:

2⁴ = 2 × 2 × 2 × 2 = 16

පිළිතුර: P_Y = 16P

(තරුවක උෂ්ණත්වය සරලව 2 ගුණයකින් පමණක් වැඩි වුවද, එයින් අවකාශයට මුදාහරින මුළු විකිරණ ශක්තිය 16 ගුණයකින් මහා පරිමාණයෙන් වැඩි වේ! ඔලිම්පියාඩ් විභාගවල ළමයින් බොහෝවිට මෙයට 2P හෝ 4P ලෙස වරදවා පිළිතුරු ලියයි.)

Written By

Nayomal Wijenayaka

Teacher / Senior Astronomy Consultant

වසර ගණනාවක අත්දැකීම් සහිත ගුරු මණ්ඩලය සහ තාරකා විද්‍යා සංගමයේ ජ්‍යෙෂ්ඨ උපදේශකවරුන් විසින් මෙම පාඩම් මාලාවන් සකස් කර ඇත. නිරවද්‍ය සහ නවීනතම දත්ත පදනම් කරගනිමින් සිසුන්ගේ දැනුම වර්ධනය කිරීම මෙහි අරමුණයි.

Binul Nethaka | G10

Past Member / Content Creator

අතීත සාමාජිකයන් වශයෙන් අප ලැබූ දැනුම සහ අත්දැකීම් මතු පරපුර වෙත ලබා දීම සඳහා මෙම ව්‍යාපෘතියට දායකත්වය ලබා දෙන්නෙමු.