الطيف المرئي هو جزء من الطيف الكهرومغناطيسي المرئي للعين البشرية. يسمى الإشعاع الكهرومغناطيسي في هذا المدى من الأطوال الموجية الضوء المرئي أو الضوء ببساطة. ستستجيب العين البشرية النموذجية للأطوال الموجية من حوالي 390 إلى 700 نانومتر. من حيث التردد ، يقابل هذا النطاق في محيط 430-770 THz.

غير أن الطيف لا يحتوي على جميع الألوان التي يمكن للعينين والدماغ البشريين التمييز بينها. فالألوان غير المشبعة مثل اللون الوردي ، أو الأشكال الأرجوانية مثل أرجواني ، تكون غائبة ، على سبيل المثال ، لأنه لا يمكن صنعها إلا عن طريق مزيج من الأطوال الموجية المتعددة. وتسمى الألوان التي تحتوي على طول موجي واحد أيضًا ألوانًا نقية أو ألوانًا طيفية.

تمر الأطوال الموجية المرئية عبر “النافذة البصرية” ، وهي منطقة الطيف الكهرومغناطيسي الذي يسمح بمرور أطوال الموجات بشكل غير ملحوظ من خلال الغلاف الجوي للأرض. مثال على هذه الظاهرة هو أن الهواء النظيف ينثر الضوء الأزرق أكثر من الأطوال الموجية الحمراء ، وهكذا تظهر سماء منتصف النهار باللون الأزرق. يشار إلى النافذة البصرية أيضًا باسم “النافذة المرئية” لأنها تتداخل مع طيف الاستجابة المرئية لدى الإنسان. تقع نافذة الأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR) خارج الرؤية البشرية فقط ، وكذلك نافذة IR ذات الطول الموجي المتوسط ​​(MWIR) ، ونافذة الطول الموجي الطويل أو الأشعة تحت الحمراء البعيدة (LWIR أو FIR) ، على الرغم من أن حيوانات أخرى قد تعاني منها.

التاريخ
في القرن الثالث عشر ، افترض روجر بيكون أن قوس قزح أنتج بعملية مماثلة لمرور الضوء من خلال الزجاج أو البلور.

في القرن السابع عشر ، اكتشف إسحاق نيوتن أن الموشورات يمكن أن تفكك وتعيد تجميع الضوء الأبيض ، ووصفت الظاهرة في كتابه أوبتيكس. وكان أول من استخدم كلمة الطيف (اللاتينية “المظهر” أو “الظهور”) بهذا المعنى في عام 1671 في وصف تجاربه في البصريات. نيوتن ولاحظ أنه عندما ينبثق شعاع ضيق من أشعة الشمس وجه موشور زجاجي بزاوية ، ينعكس البعض ويمر بعض الحزم إلى الزجاج وعبره ، وينبثق من أشرطة ملونة مختلفة. نيوتن ضوء مفترض يتكون من “جسيمات” (جسيمات) من ألوان مختلفة ، مع ألوان مختلفة من الضوء تتحرك بسرعات مختلفة في المادة الشفافة ، الضوء الأحمر يتحرك بسرعة أكبر من البنفسجي في الزجاج. والنتيجة هي أن الضوء الأحمر عازم (ينكسر) بشكل أقل حدة من البنفسجي لأنه يمر عبر المنشور ، مما يخلق طيفًا من الألوان.

نيوتن قسم الطيف إلى سبعة ألوان محددة: الأحمر والبرتقالي والأصفر والأخضر والأزرق والنيلي والبنفسجي. لقد اختار سبعة ألوان من المعتقد ، مستمدة من السفسطائيين اليونانيين القدماء ، من وجود علاقة بين الألوان ، والنوتات الموسيقية ، والأجسام المعروفة في النظام الشمسي ، وأيام الأسبوع. العين البشرية غير حساسة نسبيا لذبذبات النيلي ، وبعض الناس الذين لديهم رؤية جيدة لا يمكن التمييز بين النيلي من الأزرق والبنفسجي. لهذا السبب ، اقترح بعض المعلقين اللاحقين ، بما في ذلك إسحاق آسيموف ، أن النيلي لا ينبغي اعتباره لونًا في حد ذاته ، بل مجرد ظل باللون الأزرق أو البنفسجي. ومع ذلك ، فإن الأدلة تشير إلى أن ما نيوتن يقصد بها “النيلي” و “الأزرق” لا تتوافق مع المعاني الحديثة للكلمات الملونة. إن مقارنة ملاحظة نيوتن بالألوان المنشورية إلى صورة ملونة من طيف الضوء المرئي يظهر أن “النيلي” يتوافق مع ما يسمى اليوم باللون الأزرق ، بينما “الأزرق” يتوافق مع السماوي.

في القرن الثامن عشر ، كتب غوته عن الأطياف البصرية في كتابه “نظرية الألوان”. استخدم جوته كلمة الطيف (Spektrum) لتعيين صورة بصرية خفية ، كما فعل شوبنهاور في On Vision و Colors. جادل غوته بأن الطيف المستمر كان ظاهرة مركبة. أين نيوتن تضيق شعاع الضوء لعزل هذه الظاهرة ، لاحظ جوته أن الفتحة العريضة لا تنتج طيفًا بل حوافًا صفراء وحمراء زرقاء حمراء مع أبيض بينهما. لا يظهر الطيف إلا عندما تكون هذه الحواف قريبة بما يكفي للتداخل.

في أوائل القرن التاسع عشر ، أصبح مفهوم الطيف المرئي أكثر وضوحًا ، حيث تم اكتشاف ضوء خارج المدى المرئي ويتميز به ويليام هيرشل (الأشعة تحت الحمراء) ويوهان فيلهلم ريتر (الأشعة فوق البنفسجية) وتوماس يونغ وتوماس يوهان سيبيك وغيرهم. كان يونغ أول من قام بقياس الأطوال الموجية لألوان مختلفة من الضوء ، في عام 1802.

تم استكشاف العلاقة بين الطيف المرئي ورؤية الألوان من قبل توماس يونغ وهيرمان فون هلمهولتز في أوائل القرن التاسع عشر. اقترحت نظريتهم في رؤية الألوان بشكل صحيح أن العين تستخدم ثلاثة مستقبلات متميزة لإدراك اللون.

رؤية لون الحيوان
يمكن للعديد من الأنواع رؤية الضوء داخل ترددات خارج “الطيف المرئي” البشري. يمكن للنحل والعديد من الحشرات الأخرى أن تكتشف الضوء فوق البنفسجي ، مما يساعدهم على إيجاد الرحيق في الزهور. الأنواع النباتية التي تعتمد على تلقيح الحشرات قد تدين بنجاح الإنجابية إلى مظهرها في الأشعة فوق البنفسجية بدلاً من مظهرها الملون للبشر. تستطيع الطيور أيضًا أن ترى في الأشعة فوق البنفسجية (300-400 نانومتر) ، وبعضها يحمل علامات تعتمد على الجنس على ريشها والتي لا يمكن رؤيتها إلا في نطاق الأشعة فوق البنفسجية. غير أن العديد من الحيوانات التي يمكن أن تراها في نطاق الأشعة فوق البنفسجية لا تستطيع رؤية الضوء الأحمر أو أي أطوال موجية حمراء أخرى. وينتهي الطيف المرئي لنحل النحل حوالي 590 نانومتر ، قبل أن تبدأ أطوال الموجات البرتقالية. ومع ذلك ، تستطيع الطيور رؤية بعض الأطوال الموجية الحمراء ، على الرغم من أنها ليست بعيدة عن طيف الضوء مثل البشر. الاعتقاد الشائع بأن السمكة الذهبية المشتركة هي الحيوان الوحيد الذي يمكنه رؤية الأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية غير صحيح ، لأن السمكة الذهبية لا يمكنها رؤية ضوء الأشعة تحت الحمراء. وبالمثل ، يُعتقد أن الكلاب غالباً ما تكون أعمى الألوان ، ولكن تبين أنها حساسة للألوان ، على الرغم من أنها ليست كثيرة مثل البشر.

ألوان طيفية
تسمى الألوان التي يمكن إنتاجها بالضوء المرئي من شريط ضيق من الأطوال الموجية (الضوء أحادي اللون) الألوان الطيفية النقية. تمثل نطاقات الألوان المختلفة المشار إليها في الرسم التوضيحي تقريبًا: الطيف مستمر ، بدون حدود واضحة بين لون واحد والتالي.

التحليل الطيفي
التحليل الطيفي هو دراسة الأشياء على أساس طيف الألوان التي تصدرها أو تمتصها أو تعكسها. يُعتبر التحليل الطيفي أداة مهمة في مجال الفلك ، حيث يستخدمها العلماء لتحليل خصائص الأشياء البعيدة. عادة ، يستخدم التحليل الطيفي الفلك شبك الانعراج عالي التشتت لمراقبة الأطياف عند دقة طيفية عالية جدا. تم الكشف عن الهيليوم لأول مرة عن طريق تحليل طيف الشمس. يمكن الكشف عن العناصر الكيميائية في الكائنات الفلكية عن طريق خطوط الانبعاثات وخطوط الامتصاص.

يمكن استخدام تحوّل الخطوط الطيفية لقياس إزاحة دوبلر (التحول الأحمر أو التحول الأزرق) للأجسام البعيدة.

طيف شاشة ملونة
لا يمكن لعروض الألوان (مثل شاشات الكمبيوتر وأجهزة التلفزيون) إعادة إنتاج جميع الألوان التي يمكن تمييزها بواسطة العين البشرية. لا يمكن تقريب الألوان خارج النطاق اللوني للجهاز ، مثل معظم الألوان الطيفية. من أجل إعادة إنتاج ألوان دقيقة ، يمكن عرض الطيف على حقل رمادي موحد. يمكن أن تحتوي الألوان المختلطة الناتجة على جميع إحداثيات R و G و B غير سالبة ، وبالتالي يمكن إعادة إنتاجها بدون تشويه. هذا يحاكي بدقة النظر إلى الطيف على خلفية رمادية.