Wie werden Probleme in der astronomischen Spektroskopie gelöst?

Die Atmosphäre verdeckt Daten auf drei Arten; es absorbiert Licht, es emittiert Licht im Infrarotbereich und schließlich beugt es Licht, was zu verzerrten Bildern führt. Beobachter haben Möglichkeiten, mit allen drei Dingen umzugehen, aber ich werde mich auf die ersten beiden konzentrieren, da sie direkter mit Ihrer Frage zusammenhängen:

1) Atmosphärische Absorption.

Dieses Diagramm gibt eine ungefähre Vorstellung davon, was die atmosphärische Transmission als Funktion der Lichtwellenlänge ist:

Das Wichtigste, was zu beachten ist, ist, dass es Wellenlängenbereiche gibt, in denen das meiste Licht durchkommt, und andere Wellenlängen, in denen aufgrund der Absorption durch Moleküle in der Atmosphäre kein Licht durchkommt. (Es ist kein Zufall, dass sichtbares Licht sehr gut durch die Atmosphäre wandert). Astronomen vermeiden es, Wellenlängenbereiche mit starker atmosphärischer Absorption vom Boden aus zu untersuchen. Obwohl es ein bisschen unglücklich ist, gibt es Wellenlängenbänder, in denen wir wirklich keine nützlichen Informationen vom Boden sammeln können.

Nun, selbst innerhalb dieser guten Bänder, wie Sie in der ersten Abbildung sehen können, ist die atmosphärische Übertragung nicht perfekt, und tatsächlich variiert sie von Nacht zu Nacht und hängt davon ab, wie viel von der Atmosphäre Sie durchschauen, um das Ziel zu beobachten (Wenn es tief am Horizont steht, blicken Sie durch deutlich mehr Atmosphäre, als wenn es direkt über Ihnen ist). Um diese Effekte genau zu korrigieren, nehmen Astronomen normalerweise Spektren von sehr hellen, sehr heißen Sternen auf, die sich relativ nahe am Himmel an dem Objekt befinden, das sie zu untersuchen versuchen. Es ist bekannt, dass diese sehr heißen Sterne Schwarzkörperspektren mit wenigen intrinsischen Merkmalen aufweisen, sodass es möglich ist, die relative Absorption als Funktion der Wellenlänge zu messen, indem man sieht, wie stark das Spektrum des Sterns von einem Schwarzkörper abweicht.

2) Atmosphärische Emission: Die Moleküle in der Atmosphäre absorbieren und emittieren ständig Licht, insbesondere im Infrarotbereich. Unten habe ich einen Link kopiert, der ein Spektrum des leeren Himmels im Infraroten an einem der besten Beobachtungsorte der Erde zeigt:

Himmelsemission ist ein ernsthaftes Problem im Infrarotbereich. Es ist ein noch größeres Problem als die Himmelsabsorption, da sie auf kurzen (Minuten-) Zeitskalen erheblich variieren kann. Glücklicherweise haben Astronomen auch hier eine Lösung, die darin besteht, die ganze Nacht über regelmäßig leere Himmelsspektren aufzunehmen, während sie ihr wichtigstes wissenschaftliches Ziel beobachten. Dadurch können sie die Intensität der Himmelsemission überwachen und von ihren wissenschaftlichen Daten abziehen.

Zusammenfassung: Um mit atmosphärischer Absorption fertig zu werden, nehmen Astronomen Spektren von Zielen mit einfachen bekannten Spektren auf, wie z. B. sehr heiße Sterne. Um mit Emissionen fertig zu werden, müssen Beobachter leere Himmelsspektren nehmen und diese von ihren wissenschaftlichen Daten subtrahieren.