第5章放射とスペクトルRadiation and Spectra

Make a list of some of the many practical consequences of Maxwell’s theory of electromagnetic waves (television is one example).

マクスウェルの電磁波理論から生まれた、多くの実用的な成果をいくつか挙げよう。テレビはその一例である。

With what type of electromagnetic radiation would you observe:

次のものを観測するには、どの種類の電磁放射を使うか。

Why is it dangerous to be exposed to X-rays but not (or at least much less) dangerous to be exposed to radio waves?

X線にさらされるのは危険なのに、電波にさらされるのは危険ではない、あるいは少なくとも危険性がずっと低いのは、なぜか。

Go outside on a clear night, wait 15 minutes for your eyes to adjust to the dark, and look carefully at the brightest stars. Some should look slightly red and others slightly blue. The primary factor that determines the color of a star is its temperature. Which is hotter: a blue star or a red one? Explain

晴れた夜に外へ出て、目が暗さに慣れるまで15分待ち、明るい恒星を注意深く見よう。少し赤く見えるものや、少し青く見えるものがあるはずだ。恒星の色を決める主な要因は温度である。青い恒星と赤い恒星のどちらが高温か。説明しよう。

Water faucets are often labeled with a red dot for hot water and a blue dot for cold. Given Wien’s law, does this labeling make sense?

水栓には、お湯を示す赤い点と冷水を示す青い点が付いていることが多い。ウィーンの法則から考えると、この色分けは理にかなっているだろうか。

Suppose you are standing at the exact center of a park surrounded by a circular road. An ambulance drives completely around this road, with siren blaring. How does the pitch of the siren change as it circles around you?

円形の道路に囲まれた公園の、ちょうど中心に立っているとしよう。救急車がサイレンを鳴り響かせながら、この道を1周する。皆さんの周りを回る間、サイレンの音の高さはどう変わるか。

How could you measure Earth’s orbital speed by photographing the spectrum of a star at various times throughout the year? (Hint: Suppose the star lies in the plane of Earth’s orbit.)

1年のさまざまな時期に恒星のスペクトルを写真に撮れば、地球の公転速度をどのように測れるだろうか。（ヒント：その恒星は地球の公転軌道面の方向にあるとする。）

Astronomers want to make maps of the sky showing sources of X-rays or gamma rays. Explain why those X-rays and gamma rays must be observed from above Earth’s atmosphere.

天文学者は、X線源やガンマ線源の位置を示す天球図を作ろうとしている。これらのX線やガンマ線を、地球の大気より上から観測しなければならない理由を説明しよう。

The greenhouse effect can be explained easily if you understand the laws of blackbody radiation. A greenhouse gas blocks the transmission of infrared light. Given that the incoming light to Earth is sunlight with a characteristic temperature of 5800 K (which peaks in the visible part of the spectrum) and the outgoing light from Earth has a characteristic temperature of about 300 K (which peaks in the infrared part of the spectrum), explain how greenhouse gases cause Earth to warm up. As part of your answer, discuss that greenhouse gases block both incoming and outgoing infrared light. Explain why these two effects don’t simply cancel each other, leading to no net temperature change.

黒体放射の法則がわかると、温室効果は容易に説明できる。温室効果ガスは、赤外線の透過を妨げる。地球へ入ってくる光は、代表的な温度が5,800 Kで、可視スペクトルにピークを持つ太陽光である。それに対し、地球から出ていく光の代表的な温度は約300 Kで、ピークは赤外線域にある。これを踏まえ、温室効果ガスが地球をどう温めるかを説明しよう。答えの中では、温室効果ガスが入ってくる赤外線も、出ていく赤外線も遮ることを論じよう。なぜこの2つの効果は、単純に打ち消し合って、温度が差し引き変わらないという結果にならないのかを説明しよう。

An idealized radiating object does not reflect or scatter any radiation but instead absorbs all of the electromagnetic energy that falls on it. Can you explain why astronomers call such an object a blackbody? Keep in mind that even stars, which shine brightly in a variety of colors, are considered blackbodies. Explain why.

理想化した放射体は、どんな放射も反射・散乱させず、入射する電磁エネルギーをすべて吸収する。天文学者がこのような物体を黒体と呼ぶのはなぜか、説明できるだろうか。さまざまな色で明るく輝く恒星でさえ、黒体と考えることに留意し、その理由を説明しよう。

Why are ionized gases typically only found in very high-temperature environments?

電離した気体が、通常は非常に高温の環境でしか見つからないのは、なぜか。

Explain why each element has a unique spectrum of absorption or emission lines.

各元素が固有の吸収線・輝線スペクトルを持つ理由を説明しよう。

What is the wavelength of the carrier wave of a campus radio station, broadcasting at a frequency of 97.2 MHz (million cycles per second or million hertz)?

97.2 MHzで放送する大学のラジオ局の搬送波の波長は、いくらか。MHzは毎秒100万周期、すなわち100万ヘルツを表す。

What is the frequency of a red laser beam, with a wavelength of 670 nm, which your astronomy instructor might use to point to slides during a lecture on galaxies?

波長670 nmの赤いレーザー光の振動数はいくらか。天文学の先生が、銀河の講義中にスライドを指すために使うかもしれない光である。

You go to a dance club to forget how hard your astronomy midterm was. What is the frequency of a wave of ultraviolet light coming from a blacklight in the club, if its wavelength is 150 nm?

天文学の中間試験がいかに難しかったかを忘れるため、ダンスクラブへ行った。店のブラックライトから出る紫外線の波長が150 nmだとすると、その振動数はいくらか。

What is the energy of the photon with the frequency you calculated in Question 49?

問題49で求めた振動数を持つ光子のエネルギーは、いくらか。

If the emitted infrared radiation from Pluto, has a wavelength of maximum intensity at 75,000 nm, what is the temperature of Pluto assuming it follows Wien’s law?

冥王星が放出する赤外線の強度が、75,000 nmの波長で最大となるとする。ウィーンの法則に従うと仮定すると、冥王星の温度はいくらか。

What is the temperature of a star whose maximum light is emitted at a wavelength of 290 nm?

光の放出が290 nmの波長で最大となる恒星の温度は、いくらか。