Som skjær av sprukket glass fanget i et søkelys, virker stjernene villedende passive på nattehimmelen. Stellare overflatetemperaturer kan nå 50.000 grader celsius - over ti ganger varmere enn solen vår - og på noen få kan den nå over en million grader! Varmen i en stjerne når enda høyere nivåer som typisk overstiger flere millioner grader - nok til å rive iskjerner fra hverandre og omdanne dem til nye typer materie. Våre tilfeldige blikk oppover klarer ikke bare å avsløre disse ekstreme forholdene, men det antyder bare den enorme variasjonen av stjerner som finnes. Stjerner er arrangert i par, trillinger og kvartetter. Noen er mindre enn Jorden, mens andre er større enn hele solsystemet vårt. Siden selv den nærmeste stjernen er 26 billioner kilometer langt, har nesten alt vi vet om dem, inkludert de på det medfølgende bildet, bare blitt hentet fra deres lys.
I dag er teknologien vår fremdeles ikke i stand til å sende en person eller en robot til til og med den nærmeste stjernen i løpet av en rundreiseovergangstid på mindre enn flere tusen år. Derfor forblir stjernene fysisk utilgjengelige nå og i mange år fremover uten et enestående gjennombrudd i romframdriften. Selv om det ikke er praktisk å besøke fjellet, har det imidlertid vært mulig å studere deler av fjellet som er sendt til oss i form av stjernelys. Nesten alt vi vet om stjernene er basert på en teknikk kjent som spektroskopi - analyse av lys og andre former for stråling.
Spectroscopys begynnelse stammer fra Isaac Newton, det syttende århundre, den engelske matematikeren og forskeren. Newton ble fascinert av den da rare oppfatningen, foreslått av tidligere tenkere som Rene Descartes, at hvitt lys holder alle regnbuens farger. I 1666 eksperimenterte Newton med et glassprisme, et lite hull i en av vinduslukkene hans og den hvite veggen i rommet. Da lyset fra hullet passerte gjennom prisme, ble det spredt, som med magi, i en rekke litt overlappende farger: fra rød til fiolett. Han var den første som beskrev dette som et spekter, som er det latinske ordet for tilsynekomst.
Astronomi innlemmet ikke umiddelbart Newtons oppdagelse. Vel inn på det attende århundre trodde astronomene at stjernene bare var et bakteppe for planetenes bevegelse. En del av dette var basert på den utbredte vantro på at vitenskapen noen gang kunne forstå stjernenes sanne fysiske natur på grunn av deres fjerne avstand. Alt dette ble imidlertid endret av en tysk optiker ved navn Joseph Fraunhofer.
Fem år etter at han begynte i et optisk firma i München, ble Fraunhofer, da han var 24 år gammel, blitt partner som følge av sin dyktighet innen glassfremstilling, linsesliping og design. Hans jakt etter ideelle linser brukt i teleskoper og andre instrumenter førte til at han eksperimenterte med spektroskopi. I 1814 satte han opp et oppmålings-teleskop, monterte et prisme mellom det og en liten spalte med sollys og så gjennom okularet for å observere spekteret som resulterte. Han observerte en spredning av farger, som han hadde forventet, men han så noe annet - et nesten utallige antall sterke og svake vertikale linjer som var mørkere enn resten av fargene, og noen virket nesten svarte. Disse mørke linjene vil senere bli kjent for enhver fysikkstudent som Fraunhofer absorpsjonslinjer. Newton hadde muligens ikke sett dem fordi hullet som ble brukt i eksperimentet hans var større enn Fraunhofer-spalten.
Fra fascinert av disse linjene og at de ikke var gjenstander for instrumentet hans, studerte Fraunhofer dem intenst. Over tid kartla han over 600 linjer (i dag er det omtrent 20 000), og vendte deretter oppmerksomheten mot Månen og nærmeste planeter. Han syntes linjene var identiske og konkluderte med at dette var fordi månen og planetene reflekterte sollys. Neste gang studerte han Sirius, men fant at stjernens spekter hadde et annet mønster. Hver stjerne han observerte, hadde deretter et unikt sett med mørke vertikale linjer som skiller hver og en fra de andre som et fingeravtrykk. Under denne prosessen forbedret han enormt en enhet kjent som et diffraksjonsgitter som kunne brukes i stedet for et prisme. Hans forbedrede rist ga mer detaljerte spektre enn et prisme og gjorde det mulig for ham å lage kart over de mørke linjene.
Fraunhofer testet spektroskopene hans - et begrep som ble myntet senere - ved å observere lyset fra en gassflamme og identifisere spektrallinjene som dukket opp. Disse linjene var imidlertid ikke mørke - de var lyse fordi de stammet fra et materiale som var blitt oppvarmet til glød. Fraunhofer bemerket sammenfallet mellom posisjonene til et par mørke linjer i solspekteret med et par lyse linjer fra laboratorieflemmene hans og spekulerte i at de mørke linjene kan være forårsaket av fravær av et spesielt lys som om solen (og andre stjerner) hadde frarøvet sitt spektre av smale striper.
Mysteriet med de mørke linjene ble ikke løst før rundt 1859, da Gustav Kirchhoff og Robert Bunsen gjennomførte eksperimenter for å identifisere kjemiske materialer etter deres farge når de ble brent. Kirchhoff antydet at Bunsen brukte et spektroskop som den klareste metoden for å gjøre en sondring, og det ble snart tydelig at hvert kjemiske element hadde et unikt spekter. For eksempel produserte Sodium linjene som først ble oppdaget av Fraunhofer flere år tidligere.
Kirchhoff fortsatte å forstå de mørke linjene i sol- og stjernespektrene riktig: lys fra solen eller en stjerne passerer gjennom en omgivende atmosfære av kjøligere gasser. Disse gassene, som natriumdamp, absorberer sin karakteristiske bølgelengde fra lyset og produserer de mørke linjene som først ble oppdaget av Fraunhofer tidligere det århundret. Dette låste opp koden for kosmisk kjemi.
Kirchoff dechiffrerte senere sammensetningen av solatmosfæren ved å identifisere ikke bare natrium, men jern, kalsium, magnesium, nikkel og krom. Noen år senere, i 1895, ville astronomer som ser på en solformørkelse, bekrefte spektrallinjene til et element som ennå ikke var oppdaget på jordhelium.
Idet detektivarbeidet fortsatte, oppdaget astronomer at strålingen de studerte gjennom spektroskop strekker seg utover de kjente synlige fargene til elektromagnetiske regioner som øynene våre ikke kan oppfatte. I dag er ikke mye av arbeidet som gir profesjonelle astronomers oppmerksomhet, ikke de visuelle egenskapene til objekter i dype rom, men med deres spektra. Så godt som alle de nylig funnet ekstra solplaneter, for eksempel, er blitt oppdaget ved å analysere stjernespektrumsskift som blir introdusert når de går i bane rundt forelderstjernen.
De enorme teleskopene som prikker kloden på ekstremt fjerntliggende steder, blir sjelden brukt med et okular og tar sjelden bilder som det som ble inkludert i denne diskusjonen. Noen av disse instrumentene har speildiameter over 30 fot og andre, fremdeles i design- og finansieringsstadier, kan ha lette samleflater som overstiger 100 meter! I det store og hele er alle dem, de som finnes og de på tegnebrettet, optimalisert for å samle og dissekere lyset de samler ved hjelp av sofistikerte spektroskop.
For øyeblikket er mange av de vakreste bilder av dype rom, som det som er omtalt her, produsert av begavede amatørastronomer som trekkes mot skjønnheten til gjenstander som driver gjennom dype rom. Bevæpnet med sensitive digitale kameraer og bemerkelsesverdige presise, men beskjedne optiske instrumenter, fortsetter de å være en inspirasjonskilde for mennesker rundt om i verden som deler sin lidenskap.
Det fargerike bildet øverst til høyre ble produsert av Dan Kowal fra hans private observatorium i løpet av august i år. Den presenterer en scene plassert i retning av den nordlige stjernebildet Cygnus. Denne komplekse massen av molekylært hydrogen og støv er omtrent 4000 lysår fra Jorden. Mye av lyset som sees i hoveddelen av denne tåken genereres av den enorme lyse stjernen i nærheten av sentrum. Vidvinkel, lange eksponeringsfotografier viser at tåken er veldig omfattende - egentlig en enorm elv av interstellært støv.
Dette bildet ble produsert med en seks-tommers apokromatisk refraktor og et 3,5 megapiksel astronomisk kamera. Bildet representerer nesten 13 timers eksponering.
Har du bilder du vil dele? Legg dem ut på Space Magazine astrofotograferingsforum eller send dem på e-post, så kan det hende at vi har et i Space Magazine.
Skrevet av R. Jay GaBany
