Kuten valonheittimen särkyneen lasin sirpaleet, tähdet näyttävät harhauttavasti passiivisilta yötaivaalla. Tähtien pintalämpötila voi nousta 50 000 asteeseen yli kymmenen kertaa kuumuudempana kuin aurinkoomme - ja harvoissa se voi nousta yli miljoona astetta! Tähden sisällä oleva lämpö nousee vielä korkeammalle tasolle, joka tyypillisesti ylittää useita miljoonia astetta - tarpeeksi repeämään atomin ytimet ja muuttamaan ne uudentyyppisiksi aineiksi. Rento pilkkomme ylöspäin ei vain paljasta näitä ääriolosuhteita, vaan se vain vihjaa olemassa olevalle valtavalle monelle tählle. Tähdet on järjestetty pareittain, kolmoisiksi ja kvartetteiksi. Jotkut ovat maata pienempiä, kun taas toiset ovat koko aurinkokuntamme suurempia. Koska edes lähin tähti on 26 biljoonan mailin päässä, melkein kaikki, mitä me niistä tiedämme, mukaan lukien mukana olevan kuvan, on valittu vain heidän valostaan.
Nykyään tekniikkamme on edelleen villisti kykenemätön lähettämään henkilöä tai robottia edes lähimpään tähtiin edestakaisen kauttakulkuajan kuluessa, joka kestää alle useita tuhansia vuosia. Tästä syystä tähdet ovat fyysisesti saavuttamattomia nyt ja monien vuosien ajan ilman ennennäkemätöntä läpimurtoa avaruuskäytössä. Vaikka vuorelle käyminen ei ole käytännöllistä, on kuitenkin ollut mahdollista tutkia vuoren osia, jotka on lähetetty meille tähtivalon muodossa. Lähes kaikki, mitä tähtiistä tiedämme, perustuu spektroskopiaksi kutsuttuun tekniikkaan - valon ja muun säteilymuodon analysointiin.
Spektroskopian lähtökohtana on Isaac Newton, seitsemännentoista vuosisadan englantilainen matemaatikko ja tutkija. Newtonia kiehtoi aikaisempien ajattelijoiden, kuten Rene Descartesin ehdottama outo ajatus, että valkoinen valo pitää kaikki sateenkaaren värit. Vuonna 1666 Newton kokeili lasiprismaa, pieni reikä yhdessä ikkunaikkunansa ja huoneen valkoisen seinän kanssa. Kun reikästä tuleva valo kulki prisman läpi, se hajosi, kuin taianomaisesti, joukkoon, joka sisälsi hieman päällekkäisiä värejä: punaisesta violettiin. Hän kuvasi tämän ensimmäisenä spektrinä, joka on latinalaisen sanan ilmestys.
Tähtitiede ei sisällyttänyt Newtonin keksintöä heti. Hyvin 1800-luvulle, tähtitieteilijöiden mielestä tähdet olivat vain tausta planeettojen liikkeelle. Osa tästä perustui laajalle levinneeseen epäuskoon, että tiede pystyi koskaan ymmärtämään tähtijen todellista fyysistä luonnetta etäisyydensä takia. Saksalaisen optiikan nimeltä Joseph Fraunhofer muutti kaiken tämän.
Viisi vuotta Münchenin optiseen yritykseen liittymisen jälkeen Fraunhoferistä, sitten 24-vuotiaasta, tehtiin kumppani, koska hänellä oli taito lasinvalmistukseen, linssien hiomiseen ja suunnitteluun. Hänen pyrkimys ideaalisiin linsseihin, joita käytetään kaukoputkeissa ja muissa instrumenteissa, sai hänet kokeilemaan spektroskopiaa. Vuonna 1814 hän perusti maanmittauskaukoputken, kiinnitti prisman sen ja pienen auringonvalon raon väliin ja katseli sitten okulaarin läpi tarkkaillakseen tuloksena olevaa spektriä. Hän havaitsi värien leviämisen, kuten hän oli odottanut, mutta hän näki jotain muuta - melkein lukemattoman määrän vahvoja ja heikkoja pystysuoria viivoja, jotka olivat tummempia kuin muut värit ja jotkut näyttivät melkein mustilta. Nämä tummat viivat tulevat myöhemmin tutuksi jokaiselle fysiikan opiskelijalle Fraunhofer-absorptiolinjoina. Newton ei ollut nähnyt heitä mahdollisesti, koska hänen kokeessaan käytetty reikä oli suurempi kuin Fraunhoferin rako.
Fraunhofer tutki niitä kiinnostuneena näistä riveistä ja totta, että ne eivät olleet hänen instrumentin esineitä. Ajan myötä hän kartoitti yli 600 linjaa (nykyään niitä on noin 20 000), sitten kiinnitti huomionsa Kuuhun ja lähimpiin planeettoihin. Hän löysi linjat olivat identtiset ja päätteli tämän johtuvan siitä, että kuu ja planeetat heijastivat auringonvaloa. Seuraavaksi hän tutki Siriusta, mutta huomasi, että tähden spektrillä oli erilainen kuvio. Jokaisella tähdellä, jonka hän havaitsi, sen jälkeen oli ainutlaatuinen joukko tummia pystysuoria viivoja, jotka erottivat jokaisen toisistaan kuin sormenjälki. Tämän prosessin aikana hän paransi huomattavasti difraktiohilaksi tunnettua laitetta, jota voitiin käyttää prisman sijasta. Hänen parannettu ritilänsä tuotti paljon yksityiskohtaisempia spektriä kuin prisman ja antoi hänelle mahdollisuuden luoda karttoja tummista viivoista.
Fraunhofer testasi spektroskooppiaan - myöhemmin keksittyä termiä - tarkkailemalla kaasuliekin valoa ja yksilöimällä ilmestyneet spektririvit. Nämä viivat eivät kuitenkaan olleet tummat - ne olivat kirkkaita, koska ne johtuivat materiaalista, joka oli kuumennettu hehkuvaksi. Fraunhofer havaitsi tummien viivojen parin asemien välillä aurinkospektrissä ja parin kirkkaiden viivojen välillä laboratorion liekistä ja spekuloi, että tummat viivat voivat johtua tietyn valon puutteesta kuin jos aurinko (ja muut tähdet) olivat ryöstäneet kapeiden värinauhojensa spektrin.
Pimeiden viivojen mysteeri ratkaistiin vasta noin vuonna 1859, kun Gustav Kirchhoff ja Robert Bunsen suoritti kokeita kemiallisten aineiden tunnistamiseksi niiden värin perusteella poltettaessa. Kirchhoff ehdotti, että Bunsen käyttäisi spektroskooppia selkeimmäksi menetelmäksi erottamisessa, ja pian kävi ilmeiseksi, että jokaisella kemiallisella elementillä oli ainutlaatuinen spektri. Esimerkiksi Sodium tuotti linjat, jotka Fraunhofer havaitsi ensimmäisen kerran useita vuosia aikaisemmin.
Kirchhoff jatkoi oikein ymmärtää aurinko- ja tähtispektrien tummat viivat: auringosta tuleva valo tai tähti kulkee viileämpien kaasujen ympäröivän ilmakehän läpi. Nämä kaasut, kuten natriumhöyry, absorboivat ominaista aallonpituuttaan valosta ja tuottavat tummat viivat, jotka Fraunhofer havaitsi ensin aiemmin saman vuosisadan. Tämä avasi kosmisen kemian koodin.
Myöhemmin Kirchoff avasi aurinkokehän koostumuksen tunnistamalla natriumin lisäksi myös raudan, kalsiumin, magnesiumin, nikkelin ja kromin. Muutamaa vuotta myöhemmin, vuonna 1895, aurinkopimennystä katselevat tähtitieteilijät vahvistivat sellaisen elementin spektriviivat, jota ei vielä ollut löydetty maan heeliumista.
Etsivätyön jatkuessa astronomit huomasivat, että spektroskoopeilla tutkitut säteily ulottuivat tuttujen näkyvien värien ulkopuolelle sähkömagneettisiksi alueiksi, joita silmämme eivät pysty havaitsemaan. Nykyään suuri osa ammattilaisille tähtitieteilijöille kiinnitetyistä töistä ei ole syvän avaruuden esineiden visuaalisia ominaisuuksia, vaan niiden spektrien luonnetta. Esimerkiksi käytännöllisesti katsoen kaikki hiljattain löydetyt ylimääräiset aurinko planeetat analysoimalla tähtien spektrin muutoksia, jotka otetaan käyttöön kiertäessäään ylätason ympärille.
Valtavia kaukoputkia, jotka pistettävät maapallon erittäin syrjäisissä paikoissa, käytetään harvoin okulaarin kanssa ja otetaan harvoin valokuvia, kuten tässä keskustelussa. Joidenkin näistä välineistä peilien läpimitta on yli 30 jalkaa, ja toisilla, jotka ovat vielä suunnittelu- ja rahoitusvaiheessa, valonkeruupinnat voivat ylittää 100 metriä! Kaiken kaikkiaan ne, olemassa olevat ja piirtopöydällä olevat, on optimoitu keräämään ja leikkaamaan keräämänsä valon hienostuneilla spektroskoopeilla.
Tällä hetkellä monet kauneimmista syvän avaruuden kuvista, kuten tässä esitelty, ovat lahjakkaiden amatööri-tähtitieteilijöiden tuottamia, ja ne ovat kiinnostuneita koko syvyydessä ajautuvien esineiden kauneudesta. Arkeilla digitaalisilla kameroilla ja erittäin tarkkoilla, mutta vaatimattomilla optisilla instrumenteilla varustetut välineet ovat edelleen inspiraation lähde ympäri maailmaa, jotka jakavat intohimonsa.
Oikeassa yläkulmassa olevan värikkään kuvan on tuottanut Dan Kowal hänen yksityisestä observatoriostaan tämän vuoden elokuussa. Se esittelee kohtauksen, joka sijaitsee pohjoisen Constelus-konstellaation suuntaan. Tämä monimutkainen molekyylin vedyn ja pölyn massa on noin 4000 valovuotta maasta. Suuren osan tämän sumun pääosassa näkyvästä valosta tuottaa massiivinen kirkas tähti, joka sijaitsee lähellä keskustaa. Laajakulmaiset, pitkät valotusvalokuvat paljastavat sumun olevan erittäin laaja - lähinnä laaja tähti, joka on tähtienvälistä pölyä.
Tämä kuva tuotettiin kuuden tuuman apokromaattisella refraktorilla ja 3,5 megapikselin tähtitieteellisellä kameralla. Kuva edustaa melkein 13 tuntia valotusta.
Onko sinulla kuvia, jotka haluat jakaa? Lähetä he Space Space -lehden astrofotograafiafoorumille tai lähetä sähköpostia heille, ja meillä saattaa olla yksi Space Magazine -lehdessä.
Kirjoittanut R. Jay GaBany
