Poput komadića razbijenog stakla uhvaćenog u središtu pozornosti, zvijezde se na noćnom nebu čine varljivo pasivne. Površinske temperature zvijezda mogu doseći 50 000 Celzijevih stupnjeva - preko deset puta toplije od našeg Sunca - a na nekoliko njih mogu doseći i preko milijun stupnjeva! Toplina unutar neke zvijezde doseže još više razine koje obično prelaze nekoliko milijuna stupnjeva - dovoljno da rastrgaju atomska jezgra i transformiraju ih u nove vrste materije. Naš povremeni pogled prema gore ne samo da ne otkriva ove ekstremne uvjete, već samo nagovještava ogromnu raznolikost zvijezda koje postoje. Zvijezde su raspoređene u parovima, trojkama i kvartetima. Neki su manji od Zemlje dok su drugi veći od cijelog našeg Sunčevog sustava. Međutim, budući da je čak i najbliža zvijezda udaljena 26 trilijuna milja, gotovo sve što znamo o njima, uključujući i one na priloženoj slici, dobiveno je samo iz njihove svjetlosti.
Naša tehnologija je danas još uvijek nesposobna poslati osobu ili robota čak i najbližoj zvijezdi u roku prijelaza u kružnom putovanju koji traje manje od nekoliko tisuća godina. Stoga zvijezde ostaju fizički nepristupačne sada i niz godina bez presedana u svemirski pogon. Međutim, iako nije praktično posjetiti planinu, moguće je proučiti dijelove planine koji su nam poslani u obliku zvijezde. Gotovo sve što znamo o zvijezdama temelji se na tehnici poznatoj kao spektroskopija - analiza svjetlosti i drugih oblika zračenja.
Spektroskopski počeci potiču od Isaaca Newtona, engleskog matematičara i znanstvenika iz sedamnaestog stoljeća. Newton je bio zaintrigiran tadašnjom čudnom predodžbom, koju su predložili raniji mislioci poput Renea Descartesa, da bijela svjetlost drži sve boje duge. Newton je 1666. godine eksperimentirao sa staklenom prizmom, malom rupom u jednom od svojih prozora i bijelim zidom sobe. Dok je svjetlost iz rupe prolazila kroz prizmu, raspršila se, poput magije, u niz lagano preklapajućih boja: od crvene do ljubičaste. Bio je prvi koji je to opisao kao spektar, što je latinska riječ za ukazanje.
Astronomija nije odmah uključila Newtonovo otkriće. Pa u osamnaesto stoljeće astronomi su mislili da su zvijezde samo pozadina za kretanje planeta. Dio toga zasnovan je na širokoj nevjerici da znanost ikada može razumjeti pravu fizičku prirodu zvijezda zbog njihove udaljenosti. Međutim, sve je to promijenio njemački optičar po imenu Joseph Fraunhofer.
Pet godina nakon što se pridružio minhenskoj optičkoj tvrtki, Fraunhofer, tada u dobi od 24 godine, postao je partner zbog svoje vještine izrade stakla, brušenja leća i dizajna. Njegova potraga za idealnim sočivima koja se koriste u teleskopima i drugim instrumentima dovela ga je do eksperimenta u spektroskopiji. 1814. postavio je geodetski teleskop, montirao prizmu između njega i mali prorez sunčeve svjetlosti, a zatim je pogledao kroz okular da promatra spektar koji je rezultirao. Kao što je i očekivao, opažao je širenje boja, ali vidio je nešto drugo - gotovo bezbroj snažnih i slabih okomitih linija koje su bile tamnije od ostalih boja, a neke su izgledale gotovo crne. Te tamne crte postale bi kasnije poznate svakom studentu fizike kao Fraunhoferove apsorpcijske linije. Newton ih možda nije vidio, jer je otvor u njegovu eksperimentu bio veći od Fraunhoferove proreze.
Očaran tim linijama i siguran da nisu artefakti njegovog instrumenta, Fraunhofer ih je pomno proučavao. S vremenom je preslikao preko 600 linija (danas ih ima oko 20 000), a zatim je skrenuo pozornost na Mjesec i najbliže planete. Otkrio je da su crte identične i zaključio je da je to zato što mjesec i planete odbijaju sunčevu svjetlost. Zatim je proučavao Sirius, ali je ustanovio da je zvjezdani spektar imao drugačiji obrazac. Svaka je zvijezda, koju je tada opazio, imala jedinstven niz tamnih okomitih linija koje su međusobno razdvajale poput otisaka prstiju. Tijekom ovog procesa, on je uvelike poboljšao uređaj poznat kao difrakcijska rešetka koji se mogao upotrijebiti umjesto prizme. Njegova poboljšana rešetka dala je daleko detaljnije spektre nego prizmu i omogućila mu je stvaranje mapa tamnih linija.
Fraunhofer je testirao svoje spektroskope - pojam koji je skovan kasnije promatrajući svjetlost plinskog plamena i identificirajući spektralne linije koje su se pojavile. Te linije, međutim, nisu bile tamne - bile su svijetle jer su nastale od materijala koji je bio zagrijan do žarulje. Fraunhofer je uočio slučajnost između položaja para tamnih linija u solarnom spektru s par svijetlih linija iz njegovog laboratorijskog plamena i nagađao da bi tamne linije mogle biti uzrokovane odsustvom određenog svjetla kao da je Sunce (i druge zvijezde) opljačkale su njihove spektra uskih boja.
Misterij tamnih linija riješen je tek oko 1859. godine, kada su Gustav Kirchhoff i Robert Bunsen proveli eksperimente kako bi prepoznali kemijske materijale prema njihovoj boji kada su izgorjeli. Kirchhoff je predložio da Bunsen koristi spektroskop kao najjasniju metodu za razlikovanje i ubrzo je postalo očito da svaki kemijski element ima jedinstven spektar. Na primjer, Natrij je stvorio linije koje je Fraunhofer prvi put uočio nekoliko godina ranije.
Kirchhoff je nastavio ispravno razumjeti tamne linije u solarnom i zvjezdanom spektru: svjetlost sa Sunca ili zvijezde prolazi kroz okolnu atmosferu hladnijih plinova. Ti plinovi, poput natrijeve pare, apsorbiraju svoju karakterističnu valnu duljinu od svjetla i stvaraju tamne crte koje je Fraunhofer prvi uočio ranije tog stoljeća. Ovo je otključalo šifru kozmičke kemije.
Kasnije je Kirchoff dešifrirao sastav sunčeve atmosfere identificirajući ne samo natrij, već i željezo, kalcij, magnezij, nikal i krom. Nekoliko godina kasnije, 1895., astronomi koji su pomračili Sunčevu pomračenje potvrdili bi spektralne crte elementa koji još nije otkriven na Zemlji-heliju.
Kako su se detektivski radovi nastavili, astronomi su otkrili da se zračenje koje su proučavali spektroskopom protezalo izvan poznatih vidljivih boja u elektromagnetske regije koje naše oči ne mogu uočiti. Danas velik dio posla koji drži pozornost profesionalnih astronoma nije s vizualnim karakteristikama objekata iz dubokog svemira, već s prirodom njihovih spektra. Na primjer, gotovo sve novo pronađene dodatne solarne planete otkrivene su analizom pomaka zvjezdanog spektra koji se uvode dok kruže oko svoje matične zvijezde.
Ogromni teleskopi koji globusuju globusom na izuzetno udaljenim mjestima rijetko se koriste okularom i rijetko se fotografiraju poput one uključene u ovu raspravu. Neki od ovih instrumenata imaju promjer zrcala preko 30 stopa, a drugi, još u fazi projektiranja i financiranja, mogu imati površine za prikupljanje svjetla veće od 100 metara! Uglavnom, svi oni, postojeći i oni na ploči za crtanje, optimizirani su za sakupljanje i seciranje svjetlosti koju prikupljaju pomoću sofisticiranih spektroskopa.
Trenutno mnoge najljepše slike iz dubokog svemira, poput ove predstavljene ovdje, proizvode nadareni astronomi amateri koji su privučeni ljepotom predmeta koji lebde u dubokom svemiru. Naoružani osjetljivim digitalnim fotoaparatima i nevjerojatno preciznim, ali skromnim optičkim instrumentima, oni i dalje inspiriraju ljude širom svijeta koji dijele svoju strast.
Šarenu sliku u gornjem desnom dijelu stvorio je Dan Kowal iz svog privatnog opservatorija tijekom kolovoza ove godine. Predstavlja prizor smješten u smjeru sjevernog zviježđa Cygnus. Ova složena masa molekularnog vodika i prašine udaljena je oko 4.000 svjetlosnih godina od Zemlje. Veliki dio svjetla koji se vidi u glavnom dijelu ove maglice stvara ogromna svijetla zvijezda u blizini njenog središta. Fotografije širokog kuta i fotografije dugog izlaganja otkrivaju da je maglica vrlo opsežna - u stvari ogromna rijeka međuzvjezdane prašine.
Ta je slika nastala sa šest inčnim apohromatskim refraktorom i astronomskom kamerom od 3,5 megapiksela. Slika predstavlja gotovo 13 sati izlaganja.
Imate li fotografije koje želite podijeliti? Pošaljite ih na astrofotografski forum Space Magazine ili ih pošaljite e-poštom, a možda ćemo ih naći i u Space Magazinu.
Napisao R. Jay GaBany
