Jak odłamki rozbitego szkła uchwycone w świetle reflektorów, gwiazdy wydają się na nocnym niebie zwodniczo pasywne. Gwiezdne temperatury powierzchni mogą osiągnąć 50 000 stopni Celsjusza - ponad dziesięć razy cieplej niż nasze Słońce - a na kilku może osiągnąć ponad milion stopni! Ciepło wewnątrz gwiazdy osiąga jeszcze wyższe poziomy, które zwykle przekraczają kilka milionów stopni - wystarczające, aby rozerwać jądra atomowe i przekształcić je w nowe rodzaje materii. Nasze przypadkowe spojrzenia w górę nie tylko nie ujawniają tych ekstremalnych warunków, ale tylko wskazują na ogromną różnorodność istniejących gwiazd. Gwiazdy są ułożone w pary, trojaczki i kwartety. Niektóre są mniejsze niż Ziemia, podczas gdy inne są większe niż cały nasz Układ Słoneczny. Ponieważ jednak najbliższa gwiazda znajduje się w odległości 26 bilionów mil, prawie wszystko, co wiemy o nich, w tym te na załączonym zdjęciu, zostało zebrane tylko z ich światła.
Nasza dzisiejsza technologia jest nadal w ogromnym stopniu niezdolna do wysłania osoby lub robota nawet do najbliższej gwiazdy w czasie podróży w obie strony trwającej mniej niż kilka tysięcy lat. Dlatego gwiazdy pozostają fizycznie niedostępne teraz i przez wiele lat bez bezprecedensowego przełomu w kosmicznym napędzie. Jednak chociaż odwiedzanie góry nie jest praktyczne, możliwe było zbadanie części góry, które zostały do nas wysłane w postaci światła gwiazd. Prawie wszystko, co wiemy o gwiazdach, opiera się na technice zwanej spektroskopią - analizie światła i innych form promieniowania.
Początki spektroskopii wywodzą się od Izaaka Newtona, angielskiego matematyka i naukowca z XVII wieku. Newtona zaintrygowało wówczas dziwne pojęcie, zaproponowane przez wcześniejszych myślicieli, takich jak Rene Descartes, że białe światło zawiera wszystkie kolory tęczy. W 1666 roku Newton eksperymentował ze szklanym pryzmatem, małą dziurą w jednej z okiennic i białą ścianą pokoju. Gdy światło z dziury przechodziło przez pryzmat, rozproszyło się, jak za pomocą magii, w szeregu lekko zachodzących na siebie kolorów: od czerwonego do fioletowego. Jako pierwszy opisał to jako spektrum, które jest łacińskim określeniem objawienia.
Astronomia nie od razu uwzględniła odkrycie Newtona. Aż do XVIII wieku astronomowie uważali, że gwiazdy są tylko tłem dla ruchu planet. Częściowo było to oparte na powszechnym niedowierzaniu, że nauka może kiedykolwiek zrozumieć prawdziwą fizyczną naturę gwiazd ze względu na ich odległość. Wszystko to jednak zmienił niemiecki optyk Joseph Fraunhofer.
Pięć lat po dołączeniu do monachijskiej firmy optycznej Fraunhofer, wówczas w wieku 24 lat, został partnerem ze względu na jego umiejętności w zakresie produkcji szkła, szlifowania soczewek i projektowania. Poszukiwanie idealnych soczewek używanych w teleskopach i innych instrumentach skłoniło go do eksperymentowania ze spektroskopią. W 1814 roku założył teleskop geodezyjny, zamontował pryzmat między nim a niewielką szczeliną światła słonecznego, a następnie spojrzał przez okular, aby zobaczyć powstałe widmo. Zauważył rozkład kolorów, tak jak się spodziewał, ale zobaczył coś jeszcze - prawie niezliczoną liczbę silnych i słabych pionowych linii, które były ciemniejsze niż reszta kolorów, a niektóre wydawały się prawie czarne. Te ciemne linie będą później znane każdemu studentowi fizyki jako linie absorpcyjne Fraunhofera. Newton prawdopodobnie ich nie widział, ponieważ dziura zastosowana w jego eksperymencie była większa niż szczelina Fraunhofera.
Zafascynowany tymi liniami i pewny, że nie są artefaktami jego instrumentu, Fraunhofer przyjrzał im się uważnie. Z czasem zmapował ponad 600 linii (dziś jest ich około 20 000), a następnie zwrócił uwagę na Księżyc i najbliższe planety. Odkrył, że linie są identyczne i doszedł do wniosku, że księżyc i planety odbijają światło słoneczne. Następnie przestudiował Syriusza, ale stwierdził, że widmo gwiazdy ma inny wzór. Każda obserwowana następnie gwiazda miała unikalny zestaw ciemnych pionowych linii, które odróżniały każdą z nich jak odcisk palca. Podczas tego procesu znacznie ulepszył urządzenie znane jako siatka dyfrakcyjna, które można zastosować zamiast pryzmatu. Jego ulepszona siatka dała o wiele bardziej szczegółowe widma niż pryzmat i umożliwiła mu tworzenie map ciemnych linii.
Fraunhofer przetestował swoje spektroskopy - termin ukuty później - obserwując światło płomienia gazowego i identyfikując pojawiające się linie widmowe. Linie te nie były jednak ciemne - były jasne, ponieważ powstały z materiału podgrzanego do żarzenia. Fraunhofer zauważył zbieżność między pozycjami pary ciemnych linii w widmie słonecznym z parą jasnych linii z jego płomieni laboratoryjnych i spekulował, że ciemne linie mogą być spowodowane brakiem określonego światła, jak gdyby Słońce (i inne gwiazdy) okradli widma z wąskich pasm koloru.
Tajemnica ciemnych linii została rozwiązana dopiero około 1859 r., Kiedy Gustav Kirchhoff i Robert Bunsen przeprowadzili eksperymenty w celu identyfikacji materiałów chemicznych po ich kolorze po spaleniu. Kirchhoff zasugerował, że Bunsen zastosował spektroskop jako najostrzejszą metodę rozróżnienia i wkrótce stało się oczywiste, że każdy pierwiastek chemiczny ma unikalne spektrum. Na przykład Sodium wyprodukował linie, które zostały po raz pierwszy zauważone przez Fraunhofera kilka lat wcześniej.
Kirchhoff poprawnie zrozumiał ciemne linie w widmie słonecznym i gwiezdnym: światło Słońca lub gwiazdy przepływa przez otaczającą atmosferę chłodniejszych gazów. Gazy te, takie jak para sodowa, pochłaniają swoją charakterystyczną długość fali od światła i wytwarzają ciemne linie po raz pierwszy zauważone przez Fraunhofera na początku tego stulecia. To odblokowało kod kosmicznej chemii.
Kirchoff rozszyfrował później skład atmosfery słonecznej, identyfikując nie tylko sód, ale także żelazo, wapń, magnez, nikiel i chrom. Kilka lat później, w 1895 r., Astronomowie obserwujący zaćmienie Słońca potwierdzą linie widmowe pierwiastka, który nie został jeszcze odkryty na helu ziemskim.
Gdy prace detektywistyczne trwały, astronomowie odkryli, że promieniowanie, które badają za pomocą spektroskopów, wykracza poza znane kolory widzialne w regiony elektromagnetyczne, których nasze oczy nie są w stanie dostrzec. Obecnie większość prac, na które zwracają uwagę astronomowie, nie polega na wizualnych cechach obiektów kosmicznych, ale na naturze ich widm. Na przykład praktycznie wszystkie nowo odkryte dodatkowe planety słoneczne zostały odkryte poprzez analizę przesunięć widma gwiezdnego, które są wprowadzane, gdy krążą wokół swojej gwiazdy macierzystej.
Ogromne teleskopy rozmieszczone na całym świecie w bardzo odległych lokalizacjach są rzadko używane z okularem i rzadko robią zdjęcia, takie jak te zawarte w tej dyskusji. Niektóre z tych instrumentów mają średnice lusterek przekraczające 30 stóp, a inne, wciąż w fazie projektowania i finansowania, mogą mieć powierzchnie zbierające światło przekraczające 100 metrów! Ogólnie rzecz biorąc, wszystkie z nich, zarówno te, które istnieją, jak i te na desce kreślarskiej, są zoptymalizowane do gromadzenia i rozcinania światła, które gromadzą za pomocą wyrafinowanych spektroskopów.
Obecnie wiele najpiękniejszych zdjęć w kosmosie, takich jak ten przedstawiony tutaj, jest wytwarzanych przez utalentowanych amatorskich astronomów, których pociąga piękno obiektów dryfujących w kosmosie. Uzbrojeni w czułe aparaty cyfrowe i niezwykle precyzyjne, ale skromne instrumenty optyczne, nadal stanowią źródło inspiracji dla ludzi na całym świecie, którzy dzielą się swoją pasją.
Kolorowy obraz w prawym górnym rogu został wyprodukowany przez Dana Kowala z jego prywatnego obserwatorium w sierpniu tego roku. Przedstawia scenę położoną w kierunku północnej konstelacji Łabędzia. Ta złożona masa cząsteczkowego wodoru i pyłu znajduje się około 4000 lat świetlnych od Ziemi. Znaczna część światła widocznego w głównej części tej mgławicy jest generowana przez masywną jasną gwiazdę w pobliżu jej centrum. Zdjęcia o szerokim kącie i długim czasie naświetlania ujawniają, że mgławica jest bardzo rozległa - w zasadzie rozległa rzeka pyłu międzygwiezdnego.
To zdjęcie zostało wykonane przy użyciu sześciocalowego apochromatycznego refraktora i 3,5-megapikselowej kamery astronomicznej. Zdjęcie przedstawia prawie 13 godzin ekspozycji.
Czy masz zdjęcia, które chcesz udostępnić? Opublikuj je na forum astrofotograficznym czasopisma Space Magazine lub wyślij je pocztą e-mail, a my możemy umieścić go w Space Magazine.
Wpisany przez R. Jay GaBany
