スペクトル

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の輝線スペクトル

スペクトル英語: spectrum[1])とは、複雑な情報信号をその成分分解し、成分ごとの大小に従って配列したもののことである。2次元以上で図示されることが多く、その自体のことをスペクトルと呼ぶこともある。

様々な領域で用いられる用語で、様々な意味を持つ。現代的な意味のスペクトルは、分光スペクトルか、それから派生した意味のものが多い。

語源[編集]

日本語の「スペクトル」は、フランス語spectre から来ており、英語の spectrum[スペクトラム]同様、ラテン語spectrum[スペクトルム]を語源としている。この語は「見る」を意味する動詞 specere派生語で「」を意味する(原義は 「見えるもの」「現れるもの」)[2]。「幻姿」を意味する英語の specterスペクター] とは同語源

分光スペクトル[編集]

分光学では、電磁波)をプリズム回折格子といった分光器を通すことにより得られる、電磁波の波長ごとの強度の分布を(分光)スペクトルという。

対象物と光との関係により、次の種類がある。

  • 光源スペクトル - 対象物が発する光のスペクトル。
  • 反射スペクトル - 標準の光源に対し、対象物で反射する光のスペクトル。
  • 透過スペクトル - 標準の光源に対し、対象物を透過する光のスペクトル。
  • 吸収スペクトル - 標準の光源に対し、対象物が吸収する光のスペクトル。直接は計測できず、減算で計算する。

また、スペクトルの波形の特長から、次のような種類がある。

連続スペクトル
熱放射による光はあらゆる波長の光を含んでいる。このような光はプリズムで分光すると連続的な色の模様になる。そこでこのような光のスペクトルを連続スペクトルという。
輝線スペクトル
電離あるいは励起された原子から放射される光は原子内の電子のエネルギー準位が量子化されているため、ある特定の波長だけに限られている。このような光はプリズムで分光すると離散的ないくつかの光の線となる。この光の線を輝線といい、輝線からなるスペクトルを輝線スペクトルという。
吸収線スペクトル
連続スペクトルを放つ光源と観測者との間に原子が存在すると、その原子がある特定の波長の光を吸収して励起されるため、その波長での強度が減少したスペクトルとなる。このような光はプリズムで分光すると連続的な虹色の模様の中にいくつかの暗い線が見られる模様となる。この暗い線を吸収線または暗線という。吸収線を持つスペクトルが吸収線スペクトルである。

恒星は中心部の核融合反応で輝くガス球であり、その分光学的性質はほぼ黒体に近い。そのため、恒星のスペクトルは大雑把にはその表面温度の黒体放射に対応する連続スペクトルとなっており、その中に恒星大気中の原子や分子による吸収線スペクトルが見られる。その吸収線スペクトルのパターンによって恒星の分類がされている。これをスペクトル分類という。太陽も恒星の一つであるから、そのスペクトルには吸収線が見られる。この吸収線は発見者の名前をとってフラウンホーファー線と呼ばれている。

一般化したスペクトル[編集]

分光スペクトルの概念は、一般の波に拡張された。

時系列解析[編集]

物理学工学時系列解析では、解析対象である、時間領域における時間の関数(波形)に対し、それから周波数変換(たとえばフーリエ変換)で得られる、周波数領域における周波数の関数をスペクトルという。

周波数領域におけるパワー密度(振幅の2乗)である、パワースペクトル密度 (PSD) が代表的である。分光学での分光スペクトルは、電磁波のパワースペクトル密度である。

なお正確には、スペクトルを求める周波数変換の対象は時間領域とは限らず、たとえば長さのこともよくある。周波数領域に対しさらに周波数変換をすることもあり、その結果は、ケプストラム(cepstrum。spectrumのアナグラム)という。

化学[編集]

化学では、一般には、試料に対してなんらかの刺激を与えた際、その刺激や応答を特徴づける量に対して応答強度を記録したものをスペクトルという。

吸収スペクトルをスペクトルと言うことが多いが、この文脈では吸収スペクトルとは、「刺激として電磁波を用い、波長に対し吸収強度を記録したもの」と言える。

他には、質量分析法では、刺激として電子衝突を用いて、分解によって生じた破片の質量に対しその量を記録したものをスペクトルと呼んでいる。

その他のスペクトル[編集]

生物学[編集]

抗生物質が効く細菌の種類の範囲を(抗菌)スペクトルという。

政治学[編集]

政治学では、イデオロギー分布に基づいて諸政治勢力(政党が中心だが、議会外野党や反体制組織まで範囲を拡大する場合もある)を配置した模式図、ないし配列そのものを政治的スペクトル(political spectrum)として、分析ツールの一つとして用いている。一般には、左に左翼勢力を持ってくる。対象は、一般的な政党や各国の具体的な政党など、自由に設定でき、特定の政党内部での派閥の配置を表現することも可能である。日本の主要政党を例にとると、<共産党:社民党:民主党の左端:公明党:自民党の左端:国民新党:民主党の右端:自民党の右端>といったような並び方になる。

各政党の政策パッケージが多様化してきている今日では、政治(第一軸)、経済(第二軸)による二軸型、さらには文化(第三軸)まで加えた三軸型の分析枠組も活用されており、一軸型の政治的スペクトルは過去のものとなりつつあるが、単純であるが故にわかりやすいという利点もあり、最適な分析枠組となる状況もある。

脚注[編集]

  1. ^ 文部省日本物理学会編 『学術用語集 物理学編』 培風館1990年ISBN 4-563-02195-4
  2. ^ 竹本喜一金岡喜久子 『化学語源ものがたり』 化学同人1986年ISBN 4-7598-0131-6

関連項目[編集]