La lumière est mesurée en plusieurs unités. Sa longueur d'onde,, est mesurée à la fois en ngstroms et en nanomètres. Sa fréquence se mesure en Hertz. Son énergie est généralement mesurée en électron-volts (eV), car les Joules sont trop gros pour être pratiques. Son décalage vers le rouge est mesuré soit en unités de courte distance (si l'on mesure le décalage des raies d'émission sur le spectrographe) soit en unités de vitesse, à partir de la vitesse à laquelle l'objet s'éloigne.
...ngstroms et nanomètres
Un ...ngstrom (...) est 10^-10 mètres. Un nanomètre (nm) vaut 10^-9 mètres. Les longueurs d'onde du spectre électromagnétique s'étendent de 10^12 nm à 10^-3 nm. Un nanomètre est la longueur d'onde d'un photon X mou. La plage visible de la lumière est de 400 à 750 nm. Notez que puisque la vitesse de la lumière est à la fois constante et un produit de la longueur d'onde et de la fréquence, c'est-à-dire c =, alors connaître la longueur d'onde signifie que vous connaissez également la fréquence. (La fréquence est généralement représentée par la lettre grecque nu.)
Comment déterminer la longueur d'onde
La nature ondulatoire de la lumière peut être mise en évidence en laissant passer une lumière monochromatique (d'une seule longueur d'onde) à travers deux trous d'épingle très proches (ou de manière équivalente à travers un réseau de diffraction). La lumière des deux trous d'épingle interfère les unes avec les autres, créant un motif de lignes lumineuses et sombres sur un mur éloigné, révélant le caractère ondulatoire de la lumière.
Critère de Rayleigh
Ce même motif d'annulation et d'augmentation peut être observé dans les vagues d'eau créées par deux bobs à proximité. Les pics annulent les creux des vagues, tandis que les pics renforcent les pics. A partir de la mesure des motifs et de la distance entre les fentes, une équation appelée critère de Rayleigh permet de déterminer la longueur d'onde des ondes lumineuses. Pour calculer des énergies plus élevées, comme pour les rayons X, la diffraction cristalline est utilisée à la place des réseaux. Les rayons X se réfléchissent sur un réseau cristallin, par exemple NaCl, et forment également des motifs d'interférence.
Énergie par photon
L'énergie d'un photon est liée à sa fréquence et - puisque c = - à sa longueur d'onde. La relation est E = hν, où h est la constante de Planck. L'unité habituellement utilisée pour l'énergie des photons est l'électron-volt (eV). Un électron-volt est le changement d'énergie cinétique d'un électron se déplaçant d'un endroit où le potentiel de tension est V à un endroit où il est V+1. Les rayons gamma ont une énergie d'environ un million d'eV. À l'opposé du spectre, les ondes radio ont une énergie d'un millionième à un milliardième d'eV. Le spectre visible se situe entre les deux, à environ cinq eV.
Maj rouge
La relativité restreinte dicte que la lumière d'un objet en vitesse semble toujours voyager à la constante universelle c, même pour un objet reculant aussi vite que les galaxies. La théorie poursuit en dictant que la longueur d'onde change, se raccourcissant d'une proportion déterminée par la vitesse de l'objet par rapport à l'observateur. L'allongement est observable dans le spectre de l'objet fuyant. Plus précisément, les raies d'émission du gaz absorbant et émettant de la lumière de l'objet se déplacent vers l'extrémité la plus longue du spectre. Le décalage de la lumière peut être mesuré sur le spectrographe en termes de changement absolu de longueur d'onde, c'est-à-dire en nm ou... Ou le décalage spectroscopique peut être converti en la vitesse de l'objet fuyant, et mesuré soit en kilomètres par seconde, ou (car à l'échelle galactique, les vitesses sont si élevées) en proportion de la vitesse de la lumière, par exemple, 0,5c.