Подобно на парчета от разбито стъкло, уловени в светлината на прожекторите, звездите изглеждат измамно пасивни на нощното небе. Звездната повърхностна температура може да достигне 50 000 градуса по Целзий - над десет пъти по-гореща от нашето Слънце - и при няколко може да достигне над един милион градуса! Топлината в една звезда достига дори по-високи нива, които обикновено надвишават няколко милиона градуса - достатъчно, за да разкъсат атомни ядра и да ги трансформират в нови видове материя. Нашите случайни погледи нагоре не само не успяват да разкрият тези екстремни условия, но само намекват за огромното разнообразие от звезди, които съществуват. Звездите са подредени по двойки, тройки и квартети. Някои са по-малки от Земята, докато други са по-големи от цялата ни Слънчева система. Тъй като дори най-близката звезда е отдалечена на 26 трилиона мили, почти всичко, което знаем за тях, включително и тези в придружаващата снимка, е получено само от тяхната светлина.
Нашата технология днес все още е неспособна да изпрати човек или робот до дори най-близката звезда в рамките на време за обратно пътуване, обхващащо по-малко от няколко хиляди години. Следователно звездите остават физически недостъпни сега и в продължение на много години без безпрецедентен пробив в космическото задвижване. Въпреки това, въпреки че не е практично да посетите планината, е възможно да се проучат части от планината, които са ни изпратени под формата на звездна светлина. Почти всичко, което знаем за звездите, се основава на техника, известна като спектроскопия - анализ на светлина и други форми на радиация.
Началото на спектроскопията произлиза от Исак Нютон, английски математик и учен от XVII век. Нютон беше заинтригуван от тогавашната странна представа, предложена от по-ранни мислители като Рене Декарт, че бялата светлина държи всички цветове на дъгата. През 1666 г. Нютон експериментира със стъклена призма, малка дупка в една от прозорците на прозорците си и бялата стена на стаята. Докато светлината от дупката премина през призмата, тя се разпръсна, сякаш от магия, в масив от леко припокриващи се цветове: от червено до виолетово. Той беше първият, който описа това като спектър, което е латинската дума за привидение.
Астрономията не включи веднага откритието на Нютон. Ами през осемнадесети век астрономите смятали, че звездите са само фон за движението на планетите. Част от това се основаваше на широко разпространеното неверие, че науката някога може да разбере истинската физическа природа на звездите поради отдалеченото им разстояние. Всичко това обаче беше променено от немски оптик на име Йозеф Фраунхофер.
Пет години след като се присъедини към оптичната фирма в Мюнхен, Fraunhofer, тогава на 24-годишна възраст, стана партньор поради уменията си в изработката на стъкло, шлифоването на лещите и дизайна. Стремежът му към идеални лещи, използвани в телескопи и други инструменти, го накара да експериментира със спектроскопия. През 1814 г. той постави геодезически телескоп, монтира призма между него и малка цепка от слънчева светлина, след което погледна през окуляра, за да наблюдава спектъра, който е резултат. Той наблюдаваше разцвет на цветовете, както бе очаквал, но видя нещо друго - почти безброй силни и слаби вертикални линии, които бяха по-тъмни от останалите цветове, а някои изглеждаха почти черни. Тези тъмни линии по-късно ще станат познати на всеки студент по физика като линиите на абсорбция на Фраунхофер. Нютон не ги беше виждал, вероятно защото дупката, използвана в експеримента му, беше по-голяма от цепнатината на Фраунхофер.
Очарован от тези линии и сигурен, че не са артефакти на неговия инструмент, Фраунхофер внимателно ги изучава. С течение на времето той картографира над 600 линии (днес има около 20 000), след което насочи вниманието си към Луната и най-близките планети. Той установи, че линиите са идентични и заключи, че това е така, защото луната и планетите отразяват слънчевата светлина. След това той изучи Сириус, но откри, че спектърът на звездата има различен модел. Всяка звезда, която наблюдаваше, след това имаше уникален набор от тъмни вертикални линии, които отделяха всяка една от другите като пръстов отпечатък. По време на този процес той значително подобри устройство, известно като дифракционна решетка, което може да се използва на мястото на призмата. Подобрената му решетка дава далеч по-подробни спектри от призмата и му дава възможност да създава карти на тъмните линии.
Фраунхофер изпробва спектроскопите си - термин, въведен по-късно - като наблюдава светлината на газов пламък и идентифицира спектралните линии, които се появиха. Тези линии обаче не бяха тъмни - те бяха светли, защото бяха резултат от нагрят до нажежаване материал. Фраунхофер отбеляза съвпадението между позициите на двойка тъмни линии в слънчевия спектър с двойка ярки линии от неговите лабораторни пламъци и предположи, че тъмните линии могат да бъдат причинени от отсъствието на определена светлина, сякаш Слънцето (и други звезди) бяха ограбили спектрите си от тесни цветни ивици.
Загадката на тъмните линии е решена едва около 1859 г., когато Густав Кирххоф и Робърт Бунсън провеждат експерименти, за да идентифицират химическите материали по техния цвят при изгаряне. Кирхоф предложи Бунсен да използва спектроскоп като най-ясния метод за разграничаване и скоро стана ясно, че всеки химичен елемент има уникален спектър. Например, Sodium произвежда линиите, първо забелязани от Fraunhofer няколко години по-рано.
Кирхоф продължи да разбира правилно тъмните линии в слънчевия и звезден спектър: светлината от Слънцето или звезда преминава през заобикалящата атмосфера на по-хладни газове. Тези газове, като натриеви пари, поглъщат характерната им дължина на вълната от светлината и произвеждат тъмните линии, забелязани за първи път от Fraunhofer по-рано през този век. Това отключи кода на космическата химия.
По-късно Кирхоф дешифрира състава на слънчевата атмосфера, като идентифицира не само натрий, но и желязо, калций, магнезий, никел и хром. Няколко години по-късно, през 1895 г., астрономите, гледащи слънчево затъмнение, ще потвърдят спектралните линии на елемент, който все още не е открит на земния хелий.
Докато детективната работа продължи, астрономите откриха, че радиацията, която те изучават чрез спектроскопи, се простира отвъд познатите видими цветове в електромагнитни области, които очите ни не могат да възприемат. Днес голяма част от работата, която държи вниманието на професионалните астрономи, не е с визуалните характеристики на обектите в дълбоки космически пространства, а с естеството на техните спектри. Практически всички новооткрити допълнителни слънчеви планети, например, са открити чрез анализ на изместване на звезден спектър, които се въвеждат, докато орбитат около родителската си звезда.
Огромните телескопи, които точат земното кълбо на изключително отдалечени места, рядко се използват с окуляр и рядко правят снимки като този, включен в тази дискусия. Някои от тези инструменти имат огледален диаметър над 30 фута, а други, все още в етапи на проектиране и финансиране, може да имат повърхности за събиране на светлина, надвишаващи 100 метра! Като цяло, всички, които съществуват и тези на чертожната дъска, са оптимизирани да събират и разчленяват светлината, която събират, като използват сложни спектроскопи.
В момента много от най-красивите изображения в дълбокия космос, като този, представен тук, се произвеждат от талантливи астрономи любители, които са привлечени от красотата на обектите, които се носят из дълбокото пространство. Въоръжени с чувствителни цифрови фотоапарати и забележително прецизни, но скромни оптични инструменти, те продължават да бъдат източник на вдъхновение за хората по целия свят, които споделят своята страст.
Цветната картина в горната дясна част е дело на Дан Ковал от частната му обсерватория през август тази година. Представя сцена, разположена в посока на северното съзвездие Cygnus. Тази сложна маса от молекулен водород и прах е на около 4000 светлинни години от Земята. Голяма част от светлината, която се вижда в основната част на тази мъглявина, се генерира от масивната ярка звезда близо до центъра й. Снимки с голям ъгъл и дълго излагане разкриват, че мъглявината е много обширна - по същество огромна река от междузвезден прах.
Тази картина е произведена с шест инчов апохроматичен рефрактор и 3,5-мегапикселова астрономическа камера. Изображението представлява почти 13 часа експозиция.
Имате ли снимки, които искате да споделите? Публикувайте ги във форума за астрофотография на Space Magazine или им изпратете имейл и ние може да го представим в Space Magazine.
Написано от Р. Джей Габани
