Spektrum

Spektrum, im allgemeinen Sinn jede Intensitäts- oder Häufigkeitsverteilung von Bestandteilen eines Gemischs nach einer gemeinsamen Eigenschaft. In den Naturwissenschaften und in der Technik wird dieser Begriff überwiegend auf alle Arten von Strahlung bezogen. So versteht man unter diesem Aspekt unter einem Spektrum die Verteilung elektromagnetischer Wellen (siehe elektromagnetische Strahlung) nach ihrer Frequenz oder Wellenlänge (siehe Welle). Im klassischen Sinn bezeichnet man die Farbenfolge violett, blau, grün, gelb, orange und rot als Spektrum, die sich aus weißem Licht nach Durchgang durch ein Prisma erhalten lässt (siehe Optik).

Allgemein kann elektromagnetische Strahlung mit Hilfe von Spektralapparaten zerlegt werden. Diese Geräte arbeiten nach zwei physikalisch-optischen Phänomenen: Brechung (auch optische Dispersion) und Interferenz bzw. Beugung. Das einfachste Grundelement dieser Instrumente ist das bereits erwähnte Prisma. Ein Gerät, mit dem sich ein Spektrum betrachten lässt, nennt man Spektroskop. In den heutzutage üblichen Spektroskopen zur qualitativen Beobachtung sind optische Zerlegung und Beobachtungsfunktion in einem Gerät vereint. Mit Hilfe des ebenfalls üblichen Spektralphotometers lassen sich Spektren registrieren und analysieren (siehe Spektroskopie). Dies gelingt mit hochmoderner Elektronik und Feinmechanik – in den meisten handelsüblichen Geräten sind leistungsfähige Computer integriert.

Nach Wellenlänge geordnet (längste Wellenlänge zuerst) wird das gesamte elektromagnetische Spektrum folgendermaßen unterteilt – Überschneidungen der einzelnen Bereiche sind möglich:

• technischer Wechselstrom (um 10⁷ Meter)
• tonfrequenter Wechselstrom (um 10⁵ Meter)
• Langwellen (30 Kilometer bis 600 Meter)
• Mittelwellen (600 bis 200 Meter)
• Kurzwellen (200 bis 10 Meter)
• Ultrakurzwellen (10 bis 1 Meter)
• kosmische Radiowellen und Mikrowellen (1 Meter bis 0,1 Millimeter)
• Infrarotstrahlung (1,5 Millimeter bis 0,75 Mikrometer)
• sichtbares Spektrum (0,8 bis 0,4 Mikrometer)
• Ultraviolettstrahlung (400 bis 3 Nanometer)
• Röntgenstrahlung (10^-8 bis 10^-15 Meter)
• Gammastrahlung (10^-10 bis 10^-15 Meter)
• sekundäre Höhenstrahlung (10^-15 bis 10^-17 Meter).

Je nach Entstehungsart des Wellengemischs unterscheidet man beispielsweise in Emissions- und Absorptionsspektrum. Ein Emissionsspektrum sendet beispielsweise Atome aus, die zur Emission von Strahlung anregt wurden. Im Gegensatz dazu entsteht ein Absorptionsspektrum durch Absorption ganz bestimmter Wellenlängen bzw. Frequenzen. In diesem Fall absorbieren die Atome aus einem kontinuierlichen Spektrum praktisch die Wellenlängen, die sie bei Anregung auch selbst emittieren würden. Ein ausgewähltes Beispiel für ein Absorptionsspektrum sind die Fraunhoferlinien im Sonnenspektrum. Emissions- und Absorptionsspektren können in Form von Linien- oder Bandenspektren (meist bei Moleküle) bzw. auch als kontinuierliche Spektren auftreten.

Im heutigen Sprachgebrauch findet der Begriff Spektrum auf jede geordnete Reihung Anwendung, die als Zerlegung einer komplizierten Erscheinung entstanden ist. Ein komplexes Schallereignis, etwa ein Geräusch, kann in ein so genanntes Audiospektrum zerlegt und als Summe einzelner Elementartöne von unterschiedlicher Tonhöhe und -intensität dargestellt werden. Analog dazu kann man eine vielschichtige Mischung chemischer Elemente oder Isotope mit verschiedenen Atomargewichten trennen und die Elemente nach ihren atomaren Gewichten in eine geordnete Reihenfolge bringen, die man Massenspektrum nennt (siehe Massenspektrometer).

Siehe auch kosmische Strahlen; chemische Analyse; Photometrie; Astrophysik