Espectroscopia

A espectroscopia está em inúmeros locais do nosso dia a dia, não só apenas nas observações astronômicas, mas também para identificar elementos químicos, em equipamentos de diagnósticos em medicina, entre outros. Entre alguns desses exemplos pode-se citar o uso da espectroscopia para análise das propriedades da água (ver se está poluída ou não), para a realização de ressonância magnética, entre outras utilidades.

Sabe-se que o Sol está constantemente emitindo luz, e também é conhecido que as estrelas em geral também são responsáveis por emissões de luz. Contudo a luz visível não é o único tipo de onda eletromagnética que elas emitem. Uma vez dito isso e retomando o espectro eletromagnético explicado mais acima, pode-se com detectores específicos observar essas outras ondas eletromagnéticas.

Uma vez que é possível fazer a observação e coleta de dados dessas ondas, necessita-se de uma forma para interpretá-las, é aí que entra em ação a Espectroscopia. Que, por sua vez, é o estudo da interação da radiação eletromagnética com a matéria. O termo radiação eletromagnética justamente é a junção dos campos elétricos e magnéticos, já citados, que transportam energia. Cada onda dentro do espectro eletromagnético quando emitida por algum objeto é uma radiação eletromagnética.

O método de análise da espectroscopia consiste em medir a quantidade de radiação emitida e/ou absorvida por moléculas ou átomos. Ou seja, uma vez conhecida a emissão de luz visível, por exemplo, pode-se olhar a luz emitida do Sol e compará-las, as diferenças entre esses dois espectro vão resultar na inferência de algumas características, como presença de certos elementos químicos, temperatura, entre outros.

Esses métodos são usados nas diferentes regiões do espectro eletromagnético (como raios gama, raios X, ultravioleta, visível, infravermelho e radiofrequência) e cada uma delas é capaz de fornecer diferentes informações sobre a matéria em estudo ou as aplicações de interesse. 

Um exemplo real do uso da espectroscopia: 

Na imagem abaixo vemos 2 espectros. Ao esquerdo tem-se algumas faixas escuras que são chamadas de linhas de absorção. No da direita tem-se o oposto, apenas faixas “coloridas”, essas por sua vez são chamadas de linhas de emissão. Ambas são capazes de nos trazer informações sobre a composição do objeto que emite esses espectros.

Dando mais atenção ao espectro esquerdo acima, podemos ver em qual comprimento de onda temos as faixas escuras que representam a absorção da luz naquela faixa, e ver ainda qual a intensidade dessa absorção. Cada elemento químico possui uma característica, absorvendo parte da luz e em alguns elementos emitindo em outra faixa, ou seja, com a união desses dois fatores vistos acima, é possível inferir qual elemento foi responsável pela absorção e qual é a abundância desse elemento no objeto observado.

Existem ainda inúmeros outros fatores a serem observados dentro da espectroscopia, contudo eles são mais específicos para alguns estudos. Por isso nossa abordagem vai se deter ao uso mais comum da espectroscopia. 

Para finalizar esse breve estudo das radiações eletromagnéticas tem-se o efeito Doppler. Você já deve ter se deparado ao som de uma ambulância, caso não, fica a ideia de se atentar a isso da próxima vez, quando uma ambulância está vindo em sua direção se ouve um som mais agudo, e quando ela se afasta um som mais grave. Isso se deve ao fato de que o objeto emissor dessa onda está em movimento. Quando é dito que o som é mais agudo significa que sua frequência é maior e, por sua vez, seu comprimento de onda é menor, graças a relação dessas características que já vimos acima. Já dizer que o som é mais grave significa o oposto, que a frequência é menor e o comprimento de onda maior.

O efeito Doppler é visto em todas as ondas, eletromagnéticas, mecânicas, longitudinais, entre outras. Assim, junto da observação do espectro e do uso da espectroscopia, pode-se analisar se esse espectro sofreu o efeito Doppler. Isso é identificado a partir do desvio total do espectro como visto na figura direita abaixo. Então se o objeto astronômico está se afastando da Terra veremos sua emissão mais avermelhada (chamado na astronomia de “redshift”) e quando há uma aproximação desse objeto veremos esse objeto mais azulado (chamado na astronomia de “blueshift”).

A imagem da esquerda mostra como o efeito Doppler afeta as ondas eletromagnéticas proveniente das estrelas e a da direita contém os espectros mostrando o mesmo efeito.

Autoria: Damasceno, H.; Bassini, A. (2021) Espectroscopia.

Contato: bassini@usp.br