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2006 年 1 月 11 日

紅外光天文史 (11)： 韋恩定律 (Wein's law)
提供者 : 陳輝樺 (AEEA 小組 , NMNS )

說明 : 紅外光天文觀測用於偵測星際間星體的「紅外輻射 (infrared radiation)」(或是熱源)。因為宇宙裡絕大多數的物體表面都有著熱輻射現象，所以紅外光觀測可用以研究星體表面的溫度狀況。在天文觀測中發現，星體的熱輻射極接近於「黑體輻射 (blackbody radiation)」的理想狀況。所謂的黑體輻射是想像一個物體對於週遭放出或是吸收的能量，完全由它的表面能量 (即它的表面溫度) 所決定。由實驗得知，黑體輻射具有下列的特性：(如上圖所示)

       1、一個高於絕對溫度 (T) 零度的物體，會發出各種不同波段的能量，呈連續光譜。

       2、溫度較高者，短波長輻射所佔的比例較多；溫度較低者，絕大部分是長波輻射。

       3、對於同一溫度而言，溫度較高者輻射發出的能量也較多。

       4、黑體輻射能量分布符合近代量子理論的「卜朗克定律 (Planck's law)」，能量值 E_n 正比於輻射頻率 ν (ν = c / λ)，也就是 E_n = n h ν，式中 c 是光速、h 稱為卜朗克常數 ， h = 6.6252 × 10^-27 爾格秒。如果將單位波長、單位面積、單位時間、單位立體角所發出的能量寫成 E (λ,T)，則 E (λ,T) = (2 h c² / λ²) / (e^{h c / λ k T} - 1)，式中 k 稱為 波茲曼常數 (Boltzmann constant)， k = 1.38 × 10^-16爾格 /T 。

       對於絕對溫度 T 的黑體輻射能量分布，可得知最大能量的波峰之波長 λ_max；也就是， 黑體輻射 的「韋恩定律 (Wein's law)」 λ_max = h c / (4.965 k T) = 2.9 × 10⁶ 奈米 / T。