Kā astronomi izmanto gaismu?

Kad zvaigznīši naktī dodas ārā, lai skatītos debesīs, viņi redz gaismu no tālām zvaigznēm, planētām un galaktikām. Gaisma ir izšķiroša astronomijas atklāšanā. Neatkarīgi no tā, vai tā ir no zvaigznēm vai citiem spilgtiem objektiem, astronomi visu laiku izmanto gaismu. Cilvēka acis "redz" (tehniski tās "uztver") redzamo gaismu. Tā ir viena daļa no lielāka gaismas spektra, ko sauc par elektromagnētisko spektru (vai EMS), un paplašinātais spektrs ir tas, ko astronomi izmanto kosmosa izpētei.

EMS ietver pilnu viļņu garumi un frekvences kas eksistē: radioviļņi, mikroviļņu krāsns, infrasarkanais, vizuālais (optiskais), ultravioletie, rentgena un gamma stari. Cilvēka redzamā daļa ir ļoti niecīga plaša spektra gaismas šķipsna, ko izstaro (izstaro un atstaro) objekti kosmosā un uz mūsu planētas. Piemēram, gaisma no Mēness faktiski ir saules gaisma, kas atspīd no tās. Cilvēka ķermeņi izstaro (izstaro) arī infrasarkano staru (dažreiz to sauc par siltuma starojumu). Ja cilvēki varētu redzēt infrasarkano savienojumu, lietas izskatītos pavisam savādāk. Tiek izstaroti un atspoguļoti arī citi viļņu garumi un frekvences, piemēram, rentgenstari. Rentgenstari var iziet cauri priekšmetiem, lai apgaismotu kaulus. Ultravioletā gaisma, kas ir arī neredzama cilvēkiem, ir diezgan enerģiska un ir atbildīga par iedegtu ādu.

Astronomi mēra daudzas gaismas īpašības, piemēram, spilgtumu (spilgtumu), intensitāti, tā frekvenci vai viļņa garumu un polarizāciju. Katrs gaismas viļņa garums un frekvence ļauj astronomiem pētīt objektus Visumā dažādos veidos. Gaismas ātrums (kas ir 299 729 458 metri sekundē) ir arī svarīgs rīks attāluma noteikšanā. Piemēram, Saule un Jupiters (un daudzi citi Visuma objekti) ir dabiski radiofrekvenču izstarotāji. Radioastronomi aplūko šīs emisijas un uzzina objektu temperatūru, ātrumu, spiedienu un magnētiskos laukus. Viena radioastronomijas joma ir koncentrēta dzīves meklēšana citās pasaulēs, atrodot signālus, ko tās var sūtīt. To sauc par ārpuszemes intelekta meklēšanu (SETI).

Astronomijas pētnieki bieži interesējas objekta gaišums, kas mēra, cik daudz enerģijas tas izvada elektromagnētiskā starojuma veidā. Tas viņiem kaut ko stāsta par darbību objektā un ap to.

Turklāt gaismu var "izkliedēt" no objekta virsmas. Izkliedētajai gaismai ir īpašības, kas pasaka planētu zinātniekiem, kādi materiāli veido šo virsmu. Piemēram, viņi varētu redzēt izkliedētu gaismu, kas atklāj minerālu klātbūtni Marsa virsmas klintīs, asteroīda garozā vai uz Zemes.

Infrasarkano gaismu izdala silti priekšmeti, piemēram, protostars (zvaigznes tūlīt dzims), planētas, pavadoņi un brūno punduru objekti. Kad astronomi mērķē infrasarkano staru detektoru uz gāzes un putekļu mākoni, piemēram, mākoņa iekšpusē esošos pirmsskolas zvaigznīšu objektus infrasarkanā gaisma var izvadīt caur gāzi un putekļiem. Tas astronomiem sniedz ieskatu zvaigžņu bērnistabā. Infrasarkanā astronomija atklāj jaunas zvaigznes un meklē, ka pasaules nav redzamas optiskā viļņa garumā, ieskaitot asteroīdi mūsu pašu Saules sistēmā. Tas viņiem pat ļauj palūrēt tādās vietās kā mūsu galaktikas centrs, paslēpts aiz bieza gāzes un putekļu mākoņa.

Optiskā (redzamā) gaisma ir tā, kā cilvēki redz Visumu; mēs redzam zvaigznes, planētas, komētas, miglājus un galaktikas, bet tikai šaurā viļņu garuma diapazonā, ko mūsu acis var noteikt. Tā ir gaisma, ko mēs attīstījāmies, lai "redzētu" savām acīm.

Interesanti, ka dažas radības uz Zemes var redzēt arī infrasarkano un ultravioleto staru, un citi var uztvert (bet neredzēt) magnētiskos laukus un skaņas, kuras mēs tieši neuztveram. Mēs visi esam pazīstami ar suņiem, kuri var dzirdēt skaņas, kuras cilvēki nedzird.

Ultravioleto gaismu izdala enerģētiskie procesi un objekti Visumā. Objektam jābūt noteiktai temperatūrai, lai izstarotu šo gaismas veidu. Temperatūra ir saistīta ar notikumiem ar lielu enerģiju, tāpēc mēs meklējam rentgenstaru izstarojumus no tādiem objektiem un notikumiem kā tikko veidojošās zvaigznes, kas ir diezgan enerģiskas. Viņu ultravioletā gaisma var saplēst gāzes molekulas (procesā, ko sauc par fotodisociāciju), tāpēc mēs bieži redzam jaundzimušās zvaigznes "ēšanas prom" pie dzimšanas mākoņiem.

Rentgenstaru izstaro pat VAIRĀK enerģētiski procesi un objekti, piemēram strūklas no pārkarsēta materiāla straumē prom no melnajiem caurumiem. Supernovas sprādzieni izdala arī rentgena starus. Mūsu saule izstaro milzīgas rentgenstaru plūsmas ikreiz, kad tā atslābina saules uzliesmojumu.

Gama starus izdala visenerģētiskākie objekti un notikumi Visumā. Kvazāri un hipernovas sprādzieni ir divi labi gamma staru izstarotāju piemēri, kā arī slavenā “gamma-ray pārrāvumi".

Astronomiem ir dažādi detektoru veidi, lai izpētītu katru no šiem gaismas veidiem. Vislabākie ir orbītā ap mūsu planētu, prom no atmosfēras (kas ietekmē gaismu, kad tā iet cauri). Uz Zemes ir dažas ļoti labas optiskās un infrasarkanās observatorijas (ko sauc par zemes novērošanas observatorijām), un tās atrodas ļoti lielā augstumā, lai izvairītos no lielākās daļas atmosfēras ietekmes. Detektori "redz" ienākošo gaismu. Gaisma var tikt nosūtīta uz spektrogrāfu, kas ir ļoti jutīgs instruments, kas ienākošo gaismu sadala tā komponenta viļņu garumos. Tas rada "spektrus", grafikus, kurus astronomi izmanto, lai izprastu objekta ķīmiskās īpašības. Piemēram, Saules spektrs dažādās vietās rāda melnas līnijas; šīs līnijas norāda ķīmiskos elementus, kas pastāv saulē.

Gaisma tiek izmantota ne tikai iekšpusē astronomija bet visdažādākajās zinātnēs, ieskaitot mediķus, atklāšanai un diagnostikai, ķīmijai, ģeoloģijai, fizikai un inženierzinātnēm. Tas tiešām ir viens no vissvarīgākajiem instrumentiem, kas zinātniekiem ir to kosmosa izpētes arsenālā.