Rovnako ako úlomky rozbitého skla zachytené v centre pozornosti, aj hviezdy sa na nočnej oblohe zdajú zdanlivo pasívne. Hviezdna povrchová teplota môže dosiahnuť 50 000 stupňov Celzia - viac ako desaťkrát teplejšie ako naše Slnko - a na niektorých môže dosahovať viac ako milión stupňov! Teplo vnútri hviezdy dosahuje ešte vyššie úrovne, ktoré zvyčajne presahujú niekoľko miliónov stupňov - dosť na to, aby sa roztrhali atómové jadrá a transformovali ich na nové typy látok. Naše príležitostné pohľady nahor nielenže nedokážu odhaliť tieto extrémne podmienky, ale iba naznačujú obrovskú rozmanitosť hviezd, ktoré existujú. Hviezdy sú usporiadané v pároch, trojiciach a kvartetoch. Niektoré sú menšie ako Zem, zatiaľ čo iné sú väčšie ako celá naša slnečná sústava. Keďže však aj najbližšia hviezda je vzdialená 26 biliónov kilometrov, takmer všetko, čo o nich vieme, vrátane tých, ktoré sú uvedené na priloženom obrázku, sa získalo iba z ich svetla.
Naša technológia je dnes neskutočne neschopná poslať osobu alebo robota na najbližšiu hviezdu v rámci okružnej prepravy trvajúcej menej ako niekoľko tisíc rokov. Hviezdy preto zostávajú fyzicky neprístupné teraz a mnoho rokov príde bez bezprecedentného prielomu vo vesmírnom pohone. Aj keď nie je praktické navštíviť horu, bolo možné študovať časti hory, ktoré nám boli zaslané vo forme hviezdneho svetla. Takmer všetko, čo vieme o hviezdach, je založené na technike známej ako spektroskopia - analýze svetla a iných foriem žiarenia.
Začiatky spektroskopie pochádzajú z anglického matematika a vedca Isaaca Newtona zo sedemnásteho storočia. Newtona zaujala vtedajšia podivná predstava, ktorú navrhli starší myslitelia, napríklad René Descartes, že biele svetlo drží všetky farby dúhy. V roku 1666 experimentoval Newton so skleneným hranolom, malou dierou v jednej zo svojich okenných uzáverov a bielou stenou miestnosti. Keď svetlo z diery prešlo hranolom, rozptýlilo sa, akoby magicky, do radu mierne prekrývajúcich sa farieb: od červenej po fialovú. Bol prvým, kto to opísal ako spektrum, čo je latinské slovo pre zjavenie.
Astronómia nezačlenila Newtonov objav okamžite. Až do osemnásteho storočia sa astronómovia domnievali, že hviezdy sú len pozadie pohybu planét. Časť tohto bola založená na všeobecnej nedôvere, že veda mohla vďaka svojej vzdialenej vzdialenosti pochopiť skutočnú fyzickú povahu hviezd. To všetko však zmenil nemecký optik Joseph Fraunhofer.
Päť rokov po vstupe do mníchovskej optickej firmy sa Fraunhofer, vtedy vo veku 24 rokov, stal partnerom kvôli jeho zručnosti vo výrobe skla, brúsení šošoviek a dizajne. Jeho hľadanie ideálnych šošoviek používaných v ďalekohľadoch a iných prístrojoch ho viedlo k experimentovaniu so spektroskopiou. V roku 1814 postavil pozorovací ďalekohľad, namontoval medzi neho hranol a malú štrbinu slnečného svetla, potom sa pozrel okulárom, aby pozoroval výsledné spektrum. Pozoroval šírenie farieb, ako očakával, ale videl niečo iné - takmer nespočetné množstvo silných a slabých zvislých čiar, ktoré boli tmavšie ako ostatné farby a niektoré sa zdali takmer čierne. Tieto tmavé čiary by sa neskôr stali známymi každému študentovi fyziky ako Fraunhoferove absorpčné čiary. Newton ich pravdepodobne nevidel, pretože diera použitá v jeho experimente bola väčšia ako Fraunhoferova štrbina.
Fascinovaný týmito líniami a istý, že to nie sú artefakty jeho nástroja, Fraunhofer ich pozorne študoval. Časom zmapoval viac ako 600 riadkov (dnes ich je asi 20 000) a potom obrátil svoju pozornosť na Mesiac a najbližšie planéty. Zistil, že čiary sú totožné a dospel k záveru, že to bolo preto, že mesiac a planéty odrážali slnečné svetlo. Ďalej študoval Siriusa, ale zistil, že hviezdne spektrum malo iný vzor. Každá hviezda, ktorú potom pozoroval, mala jedinečnú sadu tmavých zvislých čiar, ktoré ju oddeľovali od ostatných ako odtlačok prsta. Počas tohto procesu výrazne vylepšil zariadenie známe ako difrakčná mriežka, ktoré bolo možné použiť namiesto hranolu. Jeho vylepšená mriežka priniesla oveľa podrobnejšie spektrá ako hranol a umožnila mu vytvárať mapy tmavých čiar.
Fraunhofer testoval svoje spektroskopy - termín razený neskôr - pozorovaním svetla plynového plameňa a identifikáciou spektrálnych čiar, ktoré sa objavili. Tieto čiary však neboli tmavé - boli jasné, pretože boli výsledkom materiálu, ktorý bol zahriaty na žiarovku. Fraunhofer si všimol zhodu medzi polohami dvojice tmavých čiar v slnečnom spektre s párom jasných čiar zo svojich laboratórnych plameňov a špekuloval, že tmavé čiary môžu byť spôsobené neprítomnosťou konkrétneho svetla, akoby Slnko (a iné hviezdy) okradli ich spektrá o úzke pruhy farieb.
Tajomstvo tmavých čiar nebolo vyriešené až okolo roku 1859, keď Gustav Kirchhoff a Robert Bunsen vykonávali experimenty na identifikáciu chemických materiálov podľa ich farby, keď boli spálené. Kirchhoff navrhol, že Bunsen používa spektroskop ako najjasnejšiu metódu na rozlíšenie a čoskoro sa ukázalo, že každý chemický prvok mal jedinečné spektrum. Napríklad sodík vyrobil línie, ktoré Fraunhofer prvýkrát uvidel pred niekoľkými rokmi.
Kirchhoff pokračoval v správnom pochopení temných čiar slnečného a hviezdneho spektra: svetlo zo Slnka alebo hviezda prechádza okolitou atmosférou chladnejších plynov. Tieto plyny, ako napríklad sodná para, absorbujú zo svetla svoju charakteristickú vlnovú dĺžku a vytvárajú tmavé čiary, ktoré Fraunhofer prvýkrát pozoroval začiatkom tohto storočia. Toto odomklo kód kozmickej chémie.
Kirchoff neskôr dešifroval zloženie slnečnej atmosféry identifikáciou nielen sodíka, ale železa, vápnika, horčíka, niklu a chrómu. O niekoľko rokov neskôr, v roku 1895, astronómovia, ktorí pozorovali zatmenie Slnka, potvrdia spektrálne čiary prvku, ktorý ešte nebol objavený na héliu Zemi.
Ako detektívna práca pokračovala, astronómovia objavili, že žiarenie, ktoré študovali cez spektroskopy, sa rozširovalo za známe viditeľné farby do elektromagnetických oblastí, ktoré naše oči nevedia vnímať. Veľa práce, ktorá drží pozornosť profesionálnych astronómov, dnes nesúvisí s vizuálnymi charakteristikami objektov v kozmickom priestore, ale s povahou ich spektier. Prakticky všetky novo nájdené extra slnečné planéty boli napríklad objavené analýzou posunov hviezdneho spektra, ktoré sa zavádzajú, keď obiehajú okolo svojej materskej hviezdy.
Obrovské teleskopy, ktoré dotýkajú zemeguľu v extrémne vzdialených polohách, sa zriedka používajú s okulárom a zriedka fotografujú, ako je ten, ktorý je súčasťou tejto diskusie. Niektoré z týchto nástrojov majú zrkadlové priemery viac ako 30 stôp a iné, ktoré sú stále vo fáze projektovania a financovania, môžu mať povrchy zachytávajúce svetlo, ktoré presahujú 100 metrov! Celkovo sú všetky, tie, ktoré existujú, a tie, ktoré sú na rysovacej doske, optimalizované tak, aby zhromažďovali a rozptyľovali svetlo, ktoré zhromažďujú, pomocou sofistikovaných spektroskopov.
V súčasnosti mnohé z najkrajších snímok hlbokého vesmíru, ako je tu uvedený, produkujú nadaní amatérski astronómovia, ktorí sú priťahovaní krásou predmetov, ktoré sa pohybujú vo vesmíre. Vyzbrojení citlivými digitálnymi fotoaparátmi a pozoruhodne presnými, ale skromnými optickými nástrojmi, sú aj naďalej zdrojom inšpirácie pre ľudí na celom svete, ktorí zdieľajú svoju vášeň.
Farebný obrázok v pravom hornom rohu vytvoril Dan Kowal zo svojho súkromného observatória v auguste tohto roku. Predstavuje scénu umiestnenú v smere na severné súhvezdie Cygnus. Táto komplexná hmota molekulárneho vodíka a prachu je asi 4 000 svetelných rokov od Zeme. Väčšinu svetla viditeľného v hlavnej časti tejto hmloviny generuje mohutná jasná hviezda blízko jej stredu. Fotografie so širokým uhlom a dlhou expozíciou odhaľujú, že hmlovina je veľmi rozsiahla - v podstate rozsiahla rieka medzihviezdneho prachu.
Tento obrázok bol vyrobený pomocou šesťpalcového apochromatického refraktora a 3,5 megapixelového astronomického fotoaparátu. Obrázok predstavuje takmer 13 hodín expozície.
Máte fotografie, ktoré chcete zdieľať? Uverejnite ich vo fóre pre astrofotografiu v časopise Space Magazine alebo im pošlite e-mail a my by sme ho mohli mať v časopise Space Magazine.
Napísal R. Jay GaBany
