Подобно осколкам разбитого стекла, попавшим в центр внимания, звезды кажутся обманчиво пассивными на ночном небе. Температура поверхности звезды может достигать 50 000 градусов по Цельсию - в десять раз выше, чем у нашего Солнца, а в некоторых случаях она может достигать более миллиона градусов! Тепло внутри звезды достигает даже более высоких уровней, которые обычно превышают несколько миллионов градусов - достаточно, чтобы разорвать атомные ядра и превратить их в новые типы материи. Наши случайные взгляды вверх не только не раскрывают эти экстремальные условия, но только намекают на огромное разнообразие существующих звезд. Звезды расположены парами, тройками и квартетами. Некоторые из них меньше Земли, а другие больше всей нашей солнечной системы. Однако, поскольку даже ближайшая звезда находится на расстоянии 26 триллионов миль, почти все, что мы знаем о них, в том числе и на прилагаемой картинке, было получено только из их света.
Сегодня наша технология по-прежнему крайне неспособна отправить человека или робота даже к ближайшей звезде в течение времени транзита туда и обратно, охватывающего менее нескольких тысяч лет. Поэтому звезды остаются физически недоступными сейчас и в течение многих лет без беспрецедентного прорыва в космическом движении. Однако, несмотря на то, что посещение горы нецелесообразно, было возможно изучить части горы, которые были посланы нам в форме звездного света. Почти все, что мы знаем о звездах, основано на методике, известной как спектроскопия - анализ света и других форм излучения.
Спектроскопия началась с Исаака Ньютона, английского математика и ученого семнадцатого века. Ньютон был заинтригован тогда странным представлением, предложенным более ранними мыслителями, такими как Рене Декарт, о том, что белый свет содержит все цвета радуги. В 1666 году Ньютон экспериментировал со стеклянной призмой, небольшим отверстием в одной из оконных ставней и белой стеной комнаты. Когда свет из дыры проходил через призму, он рассеивался, как по волшебству, в ряд слегка перекрывающихся цветов: от красного до фиолетового. Он был первым, кто описал это как спектр, что является латинским словом для явления.
Астрономия не сразу включила открытие Ньютона. Еще в восемнадцатом веке астрономы считали, что звезды - это просто фон для движения планет. Частично это было основано на широко распространенном неверии, что наука когда-либо могла понять истинную физическую природу звезд из-за их отдаленного расстояния. Однако все это изменил немецкий оптик по имени Йозеф Фраунгофер.
Через пять лет после прихода в мюнхенскую оптическую фирму Фраунгофер, в возрасте 24 лет, стал партнером благодаря своему мастерству в изготовлении стекла, шлифовке линз и дизайне. Его стремление к идеальным линзам, используемым в телескопах и других инструментах, привело его к эксперименту со спектроскопией. В 1814 году он установил геодезический телескоп, установил призму между ним и небольшой щелью солнечного света, а затем посмотрел в окуляр, чтобы наблюдать полученный спектр. Он наблюдал разброс цветов, как он и ожидал, но он увидел кое-что еще - почти бесчисленное количество сильных и слабых вертикальных линий, которые были темнее остальных цветов, а некоторые выглядели почти черными. Эти темные линии позже станут известны каждому изучающему физику как линии поглощения Фраунгофера. Возможно, Ньютон их не видел, потому что дыра, использованная в его эксперименте, была больше, чем щель Фраунгофера.
Фраунгофер внимательно следил за этими линиями и был уверен, что они не являются артефактами его инструмента. Со временем он нанес на карту более 600 линий (сегодня их насчитывается около 20 000), а затем переключил свое внимание на Луну и ближайшие планеты. Он обнаружил, что линии были идентичны, и пришел к выводу, что это потому, что луна и планеты отражали солнечный свет. Затем он изучил Сириус, но обнаружил, что спектр звезды имеет другую картину. После этого каждая звезда, которую он наблюдал, имела уникальный набор темных вертикальных линий, которые выделяли каждую из них, как отпечаток пальца. Во время этого процесса он значительно улучшил устройство, известное как дифракционная решетка, которое можно использовать вместо призмы. Его улучшенная решетка дала гораздо более детальные спектры, чем призма, и позволила ему создавать карты темных линий.
Фраунгофер проверил свои спектроскопы - термин, придуманный позже, - наблюдая свет газового пламени и идентифицируя появившиеся спектральные линии. Эти линии, однако, не были темными - они были яркими, потому что они были получены из материала, нагретого до ламп накаливания. Фраунгофер отметил совпадение положений пары темных линий в солнечном спектре с парой ярких линий от своего лабораторного пламени и предположил, что темные линии могут быть вызваны отсутствием определенного света, как будто Солнце (и другие звезды) ограбили свои спектры узких полос цвета.
Тайна темных линий не была раскрыта примерно до 1859 года, когда Густав Кирхгоф и Роберт Бунзен провели эксперименты по идентификации химических материалов по их цвету при сжигании. Кирхгоф предложил Бунзену использовать спектроскоп в качестве наиболее ясного метода проведения различия, и вскоре стало очевидно, что каждый химический элемент обладает уникальным спектром. Например, Sodium выпустил линии, впервые обнаруженные Фраунгофером несколькими годами ранее.
Кирхгоф продолжал правильно понимать темные линии в солнечном и звездном спектрах: свет от Солнца или звезды проходит через окружающую атмосферу более холодных газов. Эти газы, такие как пары натрия, поглощают свою характерную длину волны от света и создают темные линии, впервые обнаруженные Фраунгофером в начале этого столетия. Это разблокировало код космической химии.
Позже Кирхофф расшифровал состав солнечной атмосферы, определив не только натрий, но и железо, кальций, магний, никель и хром. Несколько лет спустя, в 1895 году, астрономы, наблюдающие солнечное затмение, подтвердили спектральные линии элемента, который еще не был обнаружен на земном гелии.
Продолжая детективную работу, астрономы обнаружили, что излучение, которое они изучали с помощью спектроскопов, распространилось за пределы знакомых видимых цветов в электромагнитные области, которые наши глаза не могут воспринимать. Сегодня большая часть работы, которая привлекает внимание профессиональных астрономов, связана не с визуальными характеристиками объектов дальнего космоса, а с характером их спектров. Например, практически все недавно обнаруженные дополнительные солнечные планеты были обнаружены путем анализа сдвигов звездного спектра, которые появляются, когда они вращаются вокруг своей родительской звезды.
Огромные телескопы, которые разбросаны по всему земному шару в чрезвычайно отдаленных местах, редко используются с окуляром и редко делают фотографии, подобные той, которая включена в это обсуждение. Некоторые из этих инструментов имеют диаметр зеркала более 30 футов, а другие, все еще находящиеся на стадии проектирования и финансирования, могут иметь поверхности, собирающие свет, которые превышают 100 метров! По большому счету, все они, те, которые существуют, и те, что на чертежной доске, оптимизированы для сбора и рассеивания света, который они собирают, используя сложные спектроскопы.
В настоящее время многие из самых красивых изображений в глубоком космосе, такие как показанные здесь, сделаны одаренными астрономами-любителями, которых привлекает красота объектов, дрейфующих в глубоком космосе. Вооруженные чувствительными цифровыми камерами и удивительно точными, но скромными оптическими инструментами, они продолжают служить источником вдохновения для людей во всем мире, которые разделяют их страсть.
Красочная картинка в верхнем правом углу была сделана Дэном Ковалом из его частной обсерватории в августе этого года. Здесь представлена сцена, расположенная в направлении северного созвездия Лебедя. Эта сложная масса молекулярного водорода и пыли находится на расстоянии около 4000 световых лет от Земли. Большая часть света, видимого в основной части этой туманности, генерируется массивной яркой звездой около ее центра. Широкоугольные фотографии с большой выдержкой показывают, что туманность очень обширная - по сути, огромная река межзвездной пыли.
Это изображение было получено с помощью шестидюймового апохроматического рефрактора и 3,5-мегапиксельной астрономической камеры. Изображение представляет почти 13 часов выдержки.
У вас есть фотографии, которыми вы хотели бы поделиться? Отправьте их на астрофотографический форум Космического журнала или отправьте по электронной почте, и мы могли бы разместить их в Космическом журнале.
Автор R. Jay GaBany
