Наче осколки розбитого скла, що потрапили під прожектор, зірки на нічному небі виглядають оманливо пасивними. Температура зоряної поверхні може досягати 50 000 градусів Цельсія - вдесятеро спекотніше нашого Сонця - а за кількох - до мільйона градусів! Тепло в межах зірки досягає ще більш високих рівнів, які зазвичай перевищують кілька мільйонів градусів - достатньо, щоб розірвати атомні ядра та перетворити їх на нові типи речовини. Наші випадкові погляди вгору не тільки не виявляють цих екстремальних умов, але лише натякають на величезну різноманітність зірок, які існують. Зірки розташовані парами, трійками та квартетами. Одні менші за Землю, а інші - більша за всю нашу Сонячну систему. Однак, оскільки навіть найближча зірка знаходиться на відстані 26 трильйонів миль, майже все, що ми знаємо про них, у тому числі й на супровідній картині, було зібране лише з їхнього світла.
Наша технологія сьогодні, як і раніше, нездатна направити людину або робота навіть до найближчої зірки протягом часу, який проходить у зворотній шлях, що триває менше кількох тисяч років. Тому зірки залишаються фізично недоступними зараз і довгі роки без безпрецедентного прориву в космічному рушії. Однак, хоча відвідувати гору не практично, можна було вивчити частини гори, які були надіслані нам у вигляді зоряного світла. Майже все, що ми знаємо про зірки, засноване на методиці, відомій як спектроскопія - аналіз світла та інших форм випромінювання.
Початок спектроскопії походить від Айзека Ньютона, англійського математика і вченого XVII століття. Ньютона заінтригувало тоді дивне уявлення, запропоноване більш ранніми мислителями, такими як Рене Декарт, що біле світло тримає всі кольори веселки. У 1666 році Ньютон експериментував зі скляною призмою, невеликим отвором в одному зі своїх віконних віконниць та білою стіною кімнати. Коли світло з отвору проходило крізь призму, воно розходилось, немов чарівним шляхом, у масив злегка перекриваються кольорів: від червоного до фіолетового. Він першим описав це як спектр, який є латинським словом для привчання.
Астрономія не відразу включила відкриття Ньютона. У вісімнадцятому столітті астрономи вважали, що зірки є лише фоном для руху планет. Частина цього ґрунтувалася на поширеній невірі, що наука могла коли-небудь зрозуміти справжню фізичну природу зірок через їх віддалену відстань. Однак усе це змінило німецький оптик на ім'я Джозеф Фраунхофер.
Через п'ять років після приєднання до мюнхенської оптичної фірми, Фраунхофер, тоді у віці 24 років, став партнером завдяки його майстерності у виготовленні скла, шліфуванні лінз та дизайні. Його прагнення до ідеальних лінз, використовуваних у телескопах та інших інструментах, змусило його експериментувати зі спектроскопією. У 1814 р. Він встановив оглядовий телескоп, встановив призму між ним та невеликою щілиною сонячного світла, а потім оглянув окуляр, щоб спостерігати за результатами спектру. Як він очікував, він спостерігав за розмаїттям кольорів, але побачив щось інше - майже незліченну кількість сильних і слабких вертикальних ліній, які були темнішими за інші кольори, а деякі виглядали майже чорними. Ці темні лінії згодом стали б знайомі кожному студенту фізики як лінії поглинання Фраунгофера. Ньютон не бачив їх, можливо, тому, що отвір, яке було використано в його експерименті, було більше, ніж щілина Фраунгофера.
Захоплений цими лініями і певний, що вони не були артефактами його інструменту, Фраунгофер уважно вивчав їх. З часом він склав карту понад 600 ліній (сьогодні їх близько 20 000), потім звернув свою увагу на Місяць та найближчі планети. Він виявив, що лінії однакові, і зробив висновок, що це тому, що Місяць і планети відбивали сонячне світло. Далі він вивчив Сіріус, але виявив, що спектр зірки мав іншу картину. Кожна зірка, яку він спостерігав, після цього мала унікальний набір темних вертикальних ліній, що відрізняли кожну окремо від інших, як відбиток пальців. Під час цього процесу він значно вдосконалив пристрій, відомий як дифракційна решітка, який можна було використовувати замість призми. Вдосконалена решітка дала набагато більш детальні спектри, ніж призма, і дозволила йому створити карти темних ліній.
Фраунгофер випробував свої спектроскопи - термін, придуманий пізніше - спостерігаючи за світлом газового полум’я та виявляючи спектральні лінії, що з'явилися. Ці лінії, однак, не були темними - вони були яскравими, оскільки вони були результатом матеріалу, нагрітого до розжарювання. Фраунгофер відзначив збіг позицій пари темних ліній у спектрі сонячної енергії з парою яскравих ліній від його лабораторного полум'я і припустив, що темні лінії можуть бути викликані відсутністю конкретного світла, як ніби Сонце (і інші зірки) пограбували свої спектри вузьких кольорових смуг.
Таємницю темних ліній було розв’язано приблизно до 1859 року, коли Густав Кірхгофф та Роберт Бунсен провели експерименти з виявлення хімічних матеріалів за їх кольором при спалюванні. Кірхгоф запропонував Бунзену використовувати спектроскоп як найясніший метод розрізнення, і незабаром стало очевидним, що кожен хімічний елемент має унікальний спектр. Наприклад, Sodium випустив лінії, вперше помічені Fraunhofer декількома роками раніше.
Кірхгоф продовжував правильно розуміти темні лінії в сонячному і зоряному спектрах: світло від Сонця або зірки проходить через навколишню атмосферу більш прохолодних газів. Ці гази, такі як пара натрію, поглинають від світла характерну довжину хвилі і утворюють темні лінії, вперше помічені Фраунгофером на початку цього століття. Це розблокувало код космічної хімії.
Пізніше Кірхофф розшифрував склад сонячної атмосфери, виявивши не тільки натрій, але і залізо, кальцій, магній, нікель і хром. Через кілька років, у 1895 році, астрономи, що спостерігають затемнення Сонячного світла, підтвердили б спектральні лінії елемента, який ще не був виявлений на гелії Землі.
Поки тривали детективні роботи, астрономи виявили, що випромінювання, яке вони вивчали за допомогою спектроскопів, поширюється поза знайомими видимими кольорами в електромагнітні області, які наші очі не можуть сприймати. Сьогодні велика частина роботи, яка привертає увагу професійних астрономів, пов’язана не з візуальними характеристиками об’єктів глибокого космосу, а з природою їх спектрів. Наприклад, практично всі нещодавно знайдені додаткові сонячні планети були виявлені, проаналізувавши зрушення зоряного спектру, що вводяться під час орбіти навколо своєї материнської зірки.
Величезні телескопи, які краплять земну кулю у надзвичайно віддалених місцях, рідко використовуються окуляром і рідко роблять фотографії, як той, що включений у цю дискусію. Деякі з цих інструментів мають дзеркальний діаметр понад 30 футів, а інші, ще на стадіях проектування та фінансування, можуть мати поверхню для збору світла, що перевищує 100 метрів! За великим рахунком усі вони, ті, що існують, і ті, хто є на дошці для малювання, оптимізовані для збору та розсічення світла, яке вони збирають, за допомогою складних спектроскопів.
В даний час багато найкрасивіших зображень з глибокого космосу, як, наприклад, представлені тут, створюються обдарованими астрономами-любителями, які притягуються до краси предметів, що пливуть у глибокий космос. Озброївшись чутливими цифровими камерами та надзвичайно точними, але скромними оптичними інструментами, вони продовжують бути джерелом натхнення для людей у всьому світі, які поділяють свою пристрасть.
Барвисту картину вгорі праворуч створив Ден Коваль зі своєї приватної обсерваторії протягом серпня цього року. На ній представлена сцена, розташована в напрямку північного сузір'я Сигнуса. Ця складна маса молекулярного водню та пилу знаходиться приблизно на 4000 світлових років від Землі. Значна частина світла, що бачиться в головній частині цієї туманності, генерується масивною яскравою зіркою біля її центру. Фотографії з великим кутом, довгі експозиції показують, що туманність дуже велика - по суті, це величезна річка міжзоряного пилу.
Ця картина була створена за допомогою шестидюймового апохроматичного рефрактора та 3,5-мегапіксельної астрономічної камери. Зображення представляє майже 13 годин експозиції.
У вас є фотографії, якими ви хотіли б поділитися? Опублікуйте їх на форумі з астрофотографії для журналу Space Magazine або надішліть їм електронну пошту, і ми можемо розмістити його у Space Magazine.
Автор Р. Джей Габані
