Kako astronomi uporabljajo svetlobo?

Ko zvezdniki ponoči gredo zunaj, da bi pogledali v nebo, zagledajo svetlobo oddaljenih zvezd, planetov in galaksij. Svetloba je ključnega pomena za astronomska odkritja. Ne glede na to, ali gre za zvezde ali druge svetle predmete, je svetloba nekaj, kar astronomi ves čas uporabljajo. Človeške oči "vidijo" (tehnično gledano "zaznajo") vidno svetlobo. To je del večjega spektra svetlobe, imenovan elektromagnetni spekter (ali EMS), razširjeni spekter pa je tisto, kar astronomi uporabljajo za raziskovanje kozmosa.

EMS obsega celoten obseg valovne dolžine in frekvence svetlobe, ki obstajajo: radijski valovi, mikrovalovna pečica, infrardeč, vizualni (optični), ultravijolični, rentgenski žarki in gama žarki. Del, ki ga ljudje vidijo, je zelo majhen drsnik širokega spektra svetlobe, ki ga oddajajo (sevajo in odbijajo) predmeti v vesolju in na našem planetu. Na primer luč iz Luna je pravzaprav svetloba Sonca, ki se odbija od nje. Človeška telesa oddajajo (sevajo) tudi infrardeče (včasih jih imenujemo tudi toplotno sevanje). Če bi ljudje lahko videli v infrardeči povezavi, bi stvari izgledale zelo drugače. Druge valovne dolžine in frekvence, kot so rentgenski žarki, se prav tako oddajajo in odbijajo. X-žarki lahko prehajajo skozi predmete za osvetlitev kosti. Ultravijolična svetloba, ki je tudi človeku nevidna, je precej energična in je odgovorna za kožo, ki jo opeče sonce.

Astronomi merijo številne lastnosti svetlobe, kot so svetlost (svetlost), jakost, njena frekvenca ali valovna dolžina in polarizacija. Vsaka valovna dolžina in frekvenca svetlobe astronomom omogočata raziskovanje predmetov v vesolju na različne načine. Hitrost svetlobe (ki znaša 299.729.458 metrov na sekundo) je prav tako pomembno orodje pri določanju razdalje. Na primer, Sonce in Jupiter (in številni drugi predmeti v vesolju) sta naravna izdajnika radijskih frekvenc. Radioastronomi si ogledujejo te emisije in spoznavajo temperaturo, hitrost, pritiske in magnetna polja. Eno področje radio astronomije je osredotočeno na iskanje življenja v drugih svetovih z iskanjem kakršnih koli signalov, ki jih lahko pošljejo. Temu pravimo iskanje nezemeljske inteligence (SETI).

Raziskovalce astronomije pogosto zanima svetilnost predmeta, ki je merilo, koliko energije odda v obliki elektromagnetnega sevanja. To jim pove nekaj o aktivnosti v objektu in okoli njega.

Poleg tega se lahko svetloba "razprši" s površine predmeta. Razpršena svetloba ima lastnosti, ki planetarnim znanstvenikom povedo, iz katerih materialov sestavljajo to površino. Na primer, lahko vidijo razpršeno svetlobo, ki razkrije prisotnost mineralov v skalah marsovske površine, v skorji asteroida ali na Zemlji.

Infrardeča svetloba oddaja tople predmete, kot so protostars (zvezde se bodo kmalu rodile), planete, lune in rjave pritlikave predmete. Ko astronomi usmerijo infrardeči detektor v oblak plina in prahu, lahko na primer infrardeča svetloba iz protozvezdnih predmetov znotraj oblaka prehaja skozi plin in prah. To astronomom omogoča pogled v zvezdna drevesnica. Infrardeča astronomija odkriva mlade zvezde in išče svet, ki ni viden v optičnih valovnih dolžinah, vključno asteroidi v našem lastnem osončju. Celo jim pokuka na mesta, kot je središče naše galaksije, skrita za gostim oblakom plina in prahu.

Optična (vidna) svetloba je način, kako ljudje vidijo vesolje; vidimo zvezde, planete, komete, meglice in galaksije, vendar le v tistem ozkem območju valovnih dolžin, ki jih naše oči lahko zaznajo. To je svetloba, ki smo jo razvili, da "vidimo" z očmi.

Zanimivo je, da nekatera bitja na Zemlji lahko vidijo tudi infrardeče in ultravijolično, druga pa lahko zaznajo (ne vidijo) magnetnih polj in zvokov, ki jih ne moremo neposredno zaznati. Vsi poznamo pse, ki slišijo zvoke, ki jih človek ne sliši.

Ultravijolično svetlobo oddajajo energijski procesi in predmeti v vesolju. Objekt mora imeti določeno temperaturo, da lahko oddaja to obliko svetlobe. Temperatura je povezana z visokoenergetskimi dogodki in zato iščemo rentgenske emisije takšnih predmetov in dogodkov, kot so novonastale zvezde, ki so precej energične. Njihova ultravijolična svetloba lahko raztrga molekule plina (v procesu, ki se imenuje fotodisocijacija), zato pogosto vidimo, da novorojene zvezde »pojedo« na njihovih rojstnih oblakih.

X-žarki oddajajo celo VEČ energijskih procesov in predmetov, kot so curki pregretega materiala teče stran od črnih lukenj. Eksplozije supernove oddajajo tudi rentgenske žarke. Naše Sonce oddaja ogromne tokove rentgenskih žarkov, kadar koli izbruhne sončni žarek.

Gama-žarki oddajajo najbolj energične predmete in dogodke v vesolju. Kvazarji in eksplozije hipernov sta dobra primera gama-žarkov, skupaj s slovitim "gama žarkov".

Astronomi imajo različne vrste detektorjev za preučevanje vsake od teh oblik svetlobe. Najboljši so v orbiti okoli našega planeta, stran od atmosfere (kar vpliva na svetlobo, ko gre skozi). Na Zemlji je nekaj zelo dobrih optičnih in infrardečih opazovalnic (imenovanih zemeljske opazovalnice), ki se nahajajo na zelo visoki nadmorski višini, da se izognemo večini atmosferskih vplivov. Detektorji "vidijo" luč, ki prihaja. Svetloba se lahko pošlje v spektrograf, ki je zelo občutljiv instrument, ki razdeli dohodno svetlobo na njene valovne dolžine. Proizvaja "spektre", grafe, ki jih astronomi uporabljajo za razumevanje kemijskih lastnosti predmeta. Na primer, sončni spekter na različnih mestih prikazuje črne črte; te vrstice označujejo kemične elemente, ki obstajajo na Soncu.

Svetloba se uporablja ne le v astronomija vendar v širokem razponu znanosti, vključno z medicinsko stroko, za odkrivanje in diagnozo, kemijo, geologijo, fiziko in inženiring. To je res eno najpomembnejših orodij, ki jih imajo znanstveniki v svojem arzenalu, kako preučujejo vesolje.