Kaip astronomai naudoja šviesą?

Kai žvaigždės naktį išeina į dangų, jie mato tolimų žvaigždžių, planetų ir galaktikų šviesą. Šviesa yra esminė astronominiam atradimui. Nesvarbu, ar tai žvaigždės, ar kiti ryškūs objektai, šviesą astronomai naudoja visą laiką. Žmogaus akys „mato“ (techniškai jos „aptinka“) matomą šviesą. Tai yra dalis didesnio šviesos spektro, vadinamo elektromagnetiniu spektru (arba EMS), o išplėstinis spektras yra tas, kurį astronomai naudoja kosmosui tyrinėti.

EMS apima visą spektrą bangos ilgiai ir dažnius egzistuojančios šviesos: Radio bangos, mikrobangų krosnelė, infraraudonųjų spindulių, vaizdinis (optinis), ultravioletiniai, rentgeno ir gama spinduliai. Tai, ką mato žmonės, yra labai maža plataus spektro šviesos, kurią skleidžia (spinduliuoja ir atspindi) objektai kosmose ir mūsų planetoje, skiautė. Pavyzdžiui, šviesa iš Mėnulis iš tikrųjų yra saulės šviesa, atsispindinti nuo jos. Žmogaus kūnai taip pat skleidžia (spinduliuoja) infraraudonuosius spindulius (kartais vadinamus šilumos radiacija). Jei žmonės galėtų pamatyti infraraudonųjų spindulių ryšį, viskas atrodytų labai skirtingai. Kiti bangos ilgiai ir dažniai, tokie kaip rentgeno spinduliai, taip pat yra skleidžiami ir atspindimi. Rentgeno spinduliai gali praeiti pro objektus, kad būtų apšviesti kaulai. Ultravioletinė šviesa, kuri taip pat nematoma žmonėms, yra gana energinga ir yra atsakinga už saulės nudegintą odą.

Astronomai matuoja daugelį šviesos savybių, tokių kaip šviesumas (ryškumas), intensyvumas, jos dažnis ar bangos ilgis ir poliarizacija. Kiekvienas šviesos bangos ilgis ir dažnis leidžia astronomams tyrinėti objektus Visatoje skirtingais būdais. Šviesos greitis (kuris yra 299 729 458 metrai per sekundę) taip pat yra svarbi priemonė nustatant atstumą. Pavyzdžiui, Saulė ir Jupiteris (ir daugelis kitų objektų Visatoje) yra natūralūs radijo dažnių skleidėjai. Radijo astronomai žvelgia į tas emisijas ir sužino apie objektų temperatūrą, greitį, slėgį ir magnetinius laukus. Daugiausia dėmesio skiriama radijo astronomijos sričiai gyvenimo ieškojimas kituose pasauliuose, surasdami bet kokius signalus, kuriuos jie gali siųsti. Tai vadinama nežemiškos žvalgybos (SETI) paieška.

Astronomijos tyrinėtojai dažnai domisi objekto šviesumas, kuris yra energijos suvartojimo elektromagnetinės spinduliuotės pavidalu matas. Tai jiems ką nors pasako apie veiklą objekte ir aplink jį.

Be to, šviesa gali būti "išsklaidyta" nuo objekto paviršiaus. Išsklaidyta šviesa turi savybių, kurios planetų mokslininkams nurodo, kokios medžiagos sudaro tą paviršių. Pavyzdžiui, jie gali pamatyti išsklaidytą šviesą, atskleidžiančią mineralų buvimą Marso paviršiaus uolienose, asteroido plutoje ar Žemėje.

Infraraudonąją šviesą skleidžia šilti daiktai, tokie kaip protostars (žvaigždės netrukus gims), planetos, mėnuliai ir rudieji nykštukiniai objektai. Pavyzdžiui, kai astronomai nukreipia infraraudonųjų spindulių detektorių į dujų ir dulkių debesį, debesies viduje esančių žvaigždės objektų infraraudonųjų spindulių šviesa gali prasiskverbti pro dujas ir dulkes. Tai astronomams suteikia žvilgsnį į žvaigždžių darželį. Infraraudonųjų spindulių astronomija atranda jaunas žvaigždes ir siekia, kad pasauliai nebūtų matomi optinių bangų ilgiuose, įskaitant asteroidai mūsų pačių saulės sistemoje. Tai netgi suteikia jiems žvilgsnį tokiose vietose kaip mūsų galaktikos centras, paslėptas už storo dujų ir dulkių debesies.

Optinė (matoma) šviesa yra tai, kaip žmonės mato visatą; mes matome žvaigždes, planetas, kometas, ūkus ir galaktikas, bet tik tuo siauru bangų ilgių diapazonu, kurį mūsų akys gali aptikti. Tai šviesa, kurią išsivystėme „pamatyti“ savo akimis.

Įdomu tai, kad kai kurie padarai Žemėje taip pat gali pamatyti infraraudonųjų spindulių ir ultravioletinius spindulius, o kiti gali pajusti (bet nematyti) magnetinius laukus ir garsus, kurių mes negalime tiesiogiai apčiuopti. Mes visi esame susipažinę su šunimis, kurie girdi garsus, kurių žmonės negirdi.

Ultravioletinę šviesą skleidžia energetiniai procesai ir objektai Visatoje. Objektas turi būti tam tikros temperatūros, kad skleistų šią šviesos formą. Temperatūra yra susijusi su daug energijos sukeliančiais įvykiais, todėl mes ieškome rentgeno spinduliuotės iš tokių objektų ir įvykių, kaip naujai besiformuojančios žvaigždės, kurios yra gana energingos. Jų ultravioletinė šviesa gali nuplėšti dujų molekules (procese, vadinamoje fotodisociacija), todėl dažnai naujagimius žvaigždes matome „valgydami“ prie savo gimimo debesų.

Rentgeno spindulius skleidžia net DAUGIAU energetinių procesų ir objektų, tokių kaip purkštukai iš perkaitintos medžiagos tekanti toliau nuo juodųjų skylių. „Supernovos“ sprogimai taip pat skleidžia rentgeno spindulius. Mūsų saulė skleidžia milžiniškus rentgeno spindulius, kai tik ji nukreipia saulės spindulį.

Gama spindulius skleidžia patys energingiausi objektai ir įvykiai Visatoje. Kvazarai ir hipernovos sprogimai yra du geri gama spinduliuotės skleidėjų pavyzdžiai kartu su garsiuoju „gama spindulių sprogo".

Astronomai turi įvairių tipų detektorius, norėdami ištirti kiekvieną iš šių šviesos formų. Geriausi yra orbitoje aplink mūsų planetą, atokiau nuo atmosferos (kuri turi įtakos šviesai, kai ji praeina). Žemėje yra keletas labai gerų optinių ir infraraudonųjų spindulių observatorijų (vadinamų antžeminėmis observatorijomis), kurios yra įrengtos labai dideliame aukštyje, kad būtų išvengta daugumos atmosferos padarinių. Detektoriai „mato“ artėjančią šviesą. Šviesa gali būti siunčiama į spektrografą, kuris yra labai jautrus instrumentas, kuris skaido gaunamą šviesą į jos komponentų bangos ilgius. Jis sukuria „spektrus“, grafikus, kuriuos astronomai naudoja objekto cheminėms savybėms suprasti. Pavyzdžiui, Saulės spektras rodo juodąsias linijas įvairiose vietose; tos linijos nurodo saulėje esančius cheminius elementus.

Šviesa naudojama ne tik viduje astronomija bet daugelyje mokslų, įskaitant medikus, skirtus atradimams ir diagnostikai, chemijai, geologijai, fizikai ir inžinerijai. Tai tikrai viena iš svarbiausių priemonių, kurias mokslininkai turi savo kosmoso tyrinėjimo arsenale.