Ca niște cioburi de sticlă spulberată prinse într-un reflector, stelele par înșelător pasive pe cerul nopții. Temperaturile stelare ale suprafeței pot ajunge la 50.000 de grade Celsius - de zece ori mai calde decât Soarele nostru - iar pe câteva poate ajunge la peste un milion de grade! Căldura din interiorul unei stele atinge niveluri chiar mai mari, care depășesc de obicei câteva milioane de grade - suficient pentru a rupe nucleele atomice și a le transforma în noi tipuri de materie. Privirile noastre casual în sus nu numai că nu dezvăluie aceste condiții extreme, ci doar sugerează enorma varietate de stele care există. Stelele sunt aranjate în perechi, triplete și cvartete. Unele sunt mai mici decât Pământul, în timp ce altele sunt mai mari decât întregul nostru sistem solar. Cu toate acestea, întrucât chiar și cea mai apropiată stea se află la 26 de miliarde de mile distanță, aproape tot ceea ce știm despre ele, inclusiv cele din imaginea însoțitoare, a fost strălucit doar din lumina lor.
Tehnologia noastră, astăzi, este încă incapabilă să trimită o persoană sau un robot chiar și la cea mai apropiată stea într-un timp de tranzit dus-întors pe o perioadă mai mică de câteva mii de ani. Prin urmare, stelele rămân inaccesibile din punct de vedere fizic acum și mulți ani pentru a veni fără o descoperire fără precedent în propulsia spațială. Cu toate acestea, chiar dacă nu este practic să vizitați muntele, a fost posibil să studiem părți ale muntelui care ne-au fost trimise sub formă de lumină stelară. Aproape tot ce știm despre stele se bazează pe o tehnică cunoscută sub numele de spectroscopie - analiza luminii și a altor forme de radiații.
Începuturile spectroscopiei provin din Isaac Newton, matematician și om de știință englez din secolul al XVII-lea. Newton era intrigat de noțiunea atunci ciudată, propusă de gânditori mai vechi precum Rene Descartes, că lumina albă deține toate culorile curcubeului. În 1666, Newton a experimentat cu o prismă de sticlă, o mică gaură în una dintre obloanele ferestrei sale și peretele alb al camerei. Pe măsură ce lumina din gaură trecea prin prismă, ea era dispersată, ca prin magie, într-o serie de culori ușor suprapuse: de la roșu la violet. El a fost primul care a descris acest lucru ca un spectru, care este cuvântul latin pentru apariție.
Astronomia nu a inclus imediat descoperirea lui Newton. Până în secolul al XVIII-lea, astronomii au crezut că stelele sunt doar un fundal pentru mișcarea planetelor. O parte din aceasta s-a bazat pe necredința răspândită conform căreia știința ar putea înțelege vreodată natura fizică adevărată a stelelor datorită distanței lor îndepărtate. Cu toate acestea, toate acestea au fost schimbate de un optician german pe nume Joseph Fraunhofer.
La cinci ani de la aderarea la o firmă de optică din Munchen, Fraunhofer, apoi la 24 de ani, a fost făcut partener datorită abilității sale în fabricarea sticlei, șlefuirea lentilelor și design. Căutarea sa pentru lentile ideale utilizate la telescoape și alte instrumente l-a determinat să experimenteze cu spectroscopie. În 1814 a înființat un telescop de supraveghere, a montat o prismă între acesta și o mică fântână de lumina soarelui, apoi s-a uitat prin ocular pentru a observa spectrul rezultat. A observat o răspândire de culori, așa cum se așteptase, dar a văzut altceva - un număr aproape nenumărat de linii verticale puternice și slabe, care erau mai întunecate decât restul culorilor, iar unele păreau aproape negre. Aceste linii întunecate ar deveni mai târziu familiare pentru fiecare student de fizică, ca linii de absorbție Fraunhofer. Newton nu le văzuse, pentru că gaura folosită în experimentul său era mai mare decât fanta lui Fraunhofer.
Fascinat de aceste linii și sigur că nu erau artefacte ale instrumentului său, Fraunhofer le-a studiat cu atenție. De-a lungul timpului a cartografiat peste 600 de linii (astăzi, sunt aproximativ 20.000), apoi și-a îndreptat atenția către Lună și planetele cele mai apropiate. El a descoperit că liniile erau identice și a concluzionat că acest lucru se datora faptului că luna și planetele reflectau lumina soarelui. În continuare, el a studiat Sirius, dar a descoperit că spectrul stelei avea un model diferit. Fiecare stea pe care a observat-o, după aceea, avea un set unic de linii verticale întunecate, care se separa fiecare de celelalte ca o amprentă. În timpul acestui proces, el a îmbunătățit mult un dispozitiv cunoscut sub numele de grilă de difracție care poate fi utilizat în locul unei prisme. Grătarul său îmbunătățit producea spectre mult mai detaliate decât o prismă și a făcut posibilă crearea de hărți ale liniilor întunecate.
Fraunhofer și-a testat spectroscopele - un termen creat după aceea - observând lumina unei flăcări de gaz și identificând liniile spectrale care apăreau. Aceste linii, însă, nu erau întunecate - erau strălucitoare, deoarece proveneau dintr-un material care fusese încălzit până la incandescență. Fraunhofer a remarcat coincidența dintre pozițiile unei perechi de linii întunecate în spectrul solar cu o pereche de linii strălucitoare din flăcările sale de laborator și a speculat că liniile întunecate pot fi cauzate de absența unei lumi particulare ca și cum ar fi Soarele (și alte stele) îi jefuiseră spectrele de dungi înguste de culoare.
Misterul liniilor întunecate nu a fost rezolvat până în jurul anului 1859, când Gustav Kirchhoff și Robert Bunsen au efectuat experimente pentru identificarea materialelor chimice după culoarea lor atunci când sunt arse. Kirchhoff a sugerat ca Bunsen să folosească un spectroscop ca cea mai clară metodă pentru a face o distincție și a devenit curând evident că fiecare element chimic are un spectru unic. De exemplu, Sodium a produs liniile observate pentru prima dată de Fraunhofer cu câțiva ani mai devreme.
Kirchhoff a continuat să înțeleagă corect liniile întunecate din spectrele solare și stelare: lumina de la Soare sau o stea trece printr-o atmosferă înconjurătoare de gaze mai reci. Aceste gaze, cum ar fi vaporii de sodiu, își absorb lungimea de undă caracteristică din lumină și produc liniile întunecate observate de Fraunhofer la începutul acelui secol. Aceasta a deblocat codul chimiei cosmice.
Kirchoff a descifrat mai târziu compoziția atmosferei solare identificând nu numai sodiu, ci fier, calciu, magneziu, nichel și crom. Câțiva ani mai târziu, în 1895, astronomii care vizionau o eclipsă solară vor confirma liniile spectrale ale unui element care încă nu a fost descoperit pe heliul terestru.
Pe măsură ce activitatea de detectiv a continuat, astronomii au descoperit că radiațiile pe care le studiau prin spectroscopi se extindeau dincolo de culorile vizibile familiare în regiuni electromagnetice pe care ochii noștri nu le pot percepe. Astăzi, o mare parte din munca care atrage atenția astronomilor profesioniști nu se află în ceea ce privește caracteristicile vizuale ale obiectelor spațiale profunde, ci cu natura spectrelor lor. Practic, toate planetele solare nou găsite, de exemplu, au fost descoperite analizând schimbările de spectru stelare care sunt introduse pe măsură ce orbitează în jurul stelei lor părinte.
Telescoapele enorme care punctează globul în locații extrem de îndepărtate sunt rareori folosite cu ocular și rareori fac fotografii precum cea inclusă în această discuție. Unele dintre aceste instrumente au diametre de oglindă care depășesc 30 de metri, iar altele, încă în stadii de proiectare și finanțare, pot avea suprafețe de colectare a luminii care depășesc 100 de metri! În mare, toate, cele care există și cele de pe tabloul de desen, sunt optimizate pentru a aduna și diseca lumina pe care o colectează folosind spectroscope sofisticate.
În prezent, multe dintre cele mai frumoase imagini în spațiu profund, precum cea prezentată aici, sunt produse de astronomi amatori dotați, atrași de frumusețea obiectelor care se plimbă în spațiul profund. Înarmați cu camere digitale sensibile și instrumente optice de o dimensiune remarcabilă, dar de dimensiuni modeste, ele continuă să fie o sursă de inspirație pentru oamenii din întreaga lume care își împărtășesc pasiunea.
Imaginea colorată din dreapta sus a fost realizată de Dan Kowal din observatorul său privat în luna august a acestui an. Prezintă o scenă situată în direcția constelației nordice Cygnus. Această masă complexă de hidrogen molecular și praf se află la aproximativ 4.000 de ani lumină de Pământ. O mare parte din lumina văzută în partea principală a acestei nebuloase este generată de steaua masivă și strălucitoare din apropierea centrului. Fotografiile cu unghi larg, cu expunere lungă, relevă nebuloasa ca fiind foarte extinsă - în esență un râu vast de praf interstelar.
Această imagine a fost produsă cu un refractor apochromatic de șase inci și o cameră astronomică de 3,5 mega pixeli. Imaginea reprezintă aproape 13 ore de expunere.
Aveți fotografii pe care doriți să le distribuiți? Postează-le pe forumul de astrofotografie Space Magazine sau trimite-le prin e-mail și este posibil să prezentăm unul din Space Magazine.
Scris de R. Jay GaBany
