Tako kot drobci razbitega stekla, ujeti v središču pozornosti, se zvezde na nočnem nebu zdijo varljivo pasivne. Temperature zvezd na površini lahko dosežejo 50.000 stopinj Celzija - več kot desetkrat bolj vroče od našega Sonca - na nekaterih pa lahko dosežejo tudi več kot milijon stopinj! Toplota v zvezdi doseže še višje ravni, ki običajno presegajo več milijonov stopinj - dovolj, da raztrgajo atomska jedra in jih pretvorijo v nove vrste snovi. Naši priložnostni pogledi navzgor ne samo da ne razkrijejo teh ekstremnih razmer, ampak samo namigujejo na ogromno raznolikost zvezd, ki obstajajo. Zvezde so razporejene v parih, trojčkih in kvartetih. Nekateri so manjši od Zemlje, drugi pa večji od našega celotnega osončja. Ker pa je tudi najbližja zvezda oddaljena 26 trilijonov milj, je bilo skoraj vse, kar vemo o njih, vključno s tistimi na spremljajoči sliki, pridobljeno le iz njihove svetlobe.
Naša tehnologija danes še vedno ni sposobna poslati človeka ali robota do najbližje zvezde v prehodnem času, ki traja manj kot nekaj tisoč let. Zato zvezde ostajajo fizično nedostopne zdaj in več let brez neprimerljivega preboja vesoljskega pogona. Kljub temu, da obiskati goro ni praktično, je mogoče preučiti dele gore, ki so nam bili poslani v obliki zvezdne svetlobe. Skoraj vse, kar vemo o zvezdah, temelji na tehniki, znani kot spektroskopija - analiza svetlobe in drugih oblik sevanja.
Začetki spektroskopije izvirajo od Isaaca Newtona, angleškega matematika in znanstvenika iz 17. stoletja. Newtona je pritegnila takratna čudna predstava, ki so jo predlagali prejšnji misleci, kot je Rene Descartes, da bela svetloba drži vse barve mavrice. Leta 1666 je Newton eksperimentiral s stekleno prizmo, majhno luknjo v enem od svojih okenskih rolet in belo steno sobe. Ko je svetloba iz luknje prehajala skozi prizmo, se je razdajala, kot da je čarovnija, v niz rahlo prekrivajočih se barv: od rdeče do vijolične. Bil je prvi, ki je to opisal kot spekter, kar je latinska beseda za prikazovanje.
Astronomija ni takoj vključila Newtonovega odkritja. Že v osemnajstem stoletju so astronomi menili, da so zvezde samo ozadje za gibanje planetov. Del tega je temeljil na razširjeni neverici, da znanost zaradi njihove oddaljenosti lahko kdaj razume resnično fizično naravo zvezd. Vendar je vse to spremenil nemški optik z imenom Joseph Fraunhofer.
Pet let po tem, ko se je pridružil münchenskemu optičnemu podjetju, je bil Fraunhofer, takrat pri 24 letih, postal partner zaradi svoje spretnosti pri izdelavi stekla, brušenju leč in oblikovanju. Njegova prizadevanja za idealne leče, uporabljene v teleskopih in drugih instrumentih, so ga privedla do eksperimentiranja s spektroskopijo. Leta 1814 je postavil geodetski teleskop, med njo namestil prizmo in majhno režo sončne svetlobe je nato pogledal skozi okular, da bi opazoval spekter, ki je nastal. Opazoval je širjenje barv, kot je pričakoval, vendar je videl nekaj drugega - skoraj nešteto močnih in šibkih navpičnih črt, ki so bile temnejše od ostalih barv, nekatere pa so bile skoraj črne. Te temne črte bodo pozneje postale poznane vsem študentom fizike kot Fraunhoferjeve absorpcijske črte. Newton jih verjetno ni videl, ker je bila luknja, uporabljena v njegovem poskusu, večja od Fraunhoferjeve reže.
Fraunhofer jih je natančno preučeval s temi vrsticami in prepričan, da niso artefakti njegovega instrumenta. Sčasoma je preslikal preko 600 črt (danes jih je približno 20.000), nato pa je pozornost usmeril na Luno in najbližje planete. Ugotovil je, da so črte enake, zato je sklenil, da sta luna in planeti odbijali sončno svetlobo. Nato je preučil Siriusa, vendar je ugotovil, da ima zvezdasti spekter drugačen vzorec. Vsaka zvezda, ki jo je opazoval, je imela potem edinstven niz temnih navpičnih črt, ki so vsako oddaljile od ostalih kot odtis. Med tem postopkom je zelo izboljšal napravo, znano kot difrakcijska rešetka, ki bi jo lahko uporabili namesto prizme. Njegova izboljšana rešetka je dala veliko bolj podrobne spektre kot prizmo in omogočil mu je izdelavo zemljevidov temnih črt.
Fraunhofer je preizkusil svoje spektroskope - izraz, skovan pozneje - tako, da je opazoval svetlobo plinskega plamena in določil spektralne črte, ki so se pojavile. Vendar te črte niso bile temne - svetle so bile, ker so nastale iz materiala, segretega do žaritve. Fraunhofer je opozoril na sovpadanje med položaji para temnih linij v sončnem spektru s parom svetlih črt iz njegovih laboratorijskih plamenov in razmišljal, da lahko temne črte povzroči odsotnost določene svetlobe, kot če bi Sonce (in druge zvezde) so oropali njihove spektre ozkih barvnih pasov.
Skrivnost temnih črt je bila rešena šele okoli leta 1859, ko sta Gustav Kirchhoff in Robert Bunsen izvajala poskuse, da bi prepoznala kemične materiale po njihovi barvi. Kirchhoff je predlagal, da Bunsen uporabi spektroskop kot najjasnejšo metodo za razlikovanje in kmalu je postalo očitno, da ima vsak kemični element enkraten spekter. Sodium je na primer ustvaril linije, ki jih je Fraunhofer prvič opazil nekaj let prej.
Kirchhoff je nadaljeval pravilno razumevanje temnih črt v sončnem in zvezdnem spektru: svetloba od sonca ali zvezde prehaja skozi okoliško atmosfero hladnejših plinov. Ti plini, na primer natrijeva para, absorbirajo svojo značilno valovno dolžino od svetlobe in ustvarijo temne črte, ki jih je Fraunhofer prvič opazil prej tega stoletja. To je odklenilo kodo kozmične kemije.
Kirchoff je pozneje razvozlal sestavo sončne atmosfere tako, da je določil ne le natrij, ampak železo, kalcij, magnezij, nikelj in krom. Nekaj let pozneje, leta 1895, bi astronomi, ki so gledali Sončev mrk, potrdili spektralne črte elementa, ki še ni bil odkrit na zemeljskem heliju.
Med detektivskim delom so astronomi odkrili, da sevanje, ki so ga preučevali s spektroskopi, presega znane barve v elektromagnetna področja, ki jih naše oči ne morejo zaznati. Danes veliko dela, ki je pozorno pri profesionalnih astronomih, ni z vizualnimi značilnostmi globoko vesoljskih predmetov, temveč z naravo njihovih spektrov. Skoraj vse na novo najdene dodatne sončne planete so na primer odkrili z analizo premikov zvezdnega spektra, ki se uvajajo, ko krožijo okoli svoje matične zvezde.
Ogromni teleskopi, ki pikajo globus sveta na izjemno oddaljenih lokacijah, se redko uporabljajo z okularjem in redko fotografirajo, kot je ta, ki je vključen v to razpravo. Nekateri od teh instrumentov imajo premer zrcala več kot 30 čevljev, drugi pa so še v fazi načrtovanja in financiranja, lahko imajo površine za zbiranje svetlobe, ki presegajo 100 metrov! Na splošno so vsi, ki obstajajo in tisti na risalni plošči, optimizirani za zbiranje in seciranje svetlobe, ki jo zbirajo z uporabo sofisticiranih spektroskopov.
Trenutno veliko najlepših slik iz globokega vesolja, kot je na primer tukaj, ustvarjajo nadarjeni amaterski astronomi, ki jih privlači lepota predmetov, ki plujejo po globokem vesolju. Oboroženi z občutljivimi digitalnimi fotoaparati in izjemno natančnimi, a skromnimi velikostmi optičnih instrumentov še naprej predstavljajo navdih za ljudi po vsem svetu, ki delijo svojo strast.
Barvno sliko v zgornjem desnem kotu je avgusta leta letos izdelal Dan Kowal iz svojega zasebnega observatorija. Predstavlja prizor, ki se nahaja v smeri severnega ozvezdja Cygnus. Ta zapletena masa molekularnega vodika in prahu je približno 4000 svetlobnih let od Zemlje. Večino svetlobe, ki jo vidimo v glavnem delu meglice, ustvari ogromna svetla zvezda v bližini njenega središča. Fotografije z dolgim osvetljevanjem kažejo, da je meglica zelo obsežna - v bistvu velika reka medzvezdnega prahu.
Ta slika je bila narejena s šest palčnim apokromatskim refraktorjem in 3,5-milijonsko astronomsko kamero. Slika predstavlja skoraj 13 ur osvetlitve.
Imate fotografije, ki jih želite deliti? Objavite jih na astrofotografskem forumu Space Magazine ali jih pošljite po e-pošti, morda pa jih bomo našli tudi v Space Magazinu.
Spisal R. Jay GaBany
