Cum folosesc astronomii lumina?

Când stargazorii ies noaptea afară pentru a privi cerul, ei văd lumina de la stele îndepărtate, planete și galaxii. Lumina este crucială pentru descoperirea astronomică. Indiferent dacă este de la stele sau alte obiecte luminoase, lumina este ceva ce astronomii folosesc tot timpul. Ochii umani „văd” (tehnic, ei „detectează”) lumina vizibilă. Aceasta este o parte a unui spectru mai mare de lumină numit spectru electromagnetic (sau EMS), iar spectrul extins este ceea ce utilizează astronomii pentru a explora cosmosul.

EMS cuprinde întreaga gamă de lungimi de unda și frecvențe de lumină care există: unde radio, cuptor cu microunde, infraroşu, vizual (optic), ultraviolete, raze X și raze gamma. Partea pe care o văd oamenii este o zveltă foarte mică din spectrul larg de lumină care este eliberată (radiată și reflectată) de obiectele din spațiu și de pe planeta noastră. De exemplu, lumina din Lună este de fapt lumină de la Soare, care se reflectă în acesta. De asemenea, corpurile umane emit (radiază) în infraroșu (denumite uneori radiații de căldură). Dacă oamenii ar putea vedea în infraroșu, lucrurile ar arăta foarte diferit. Alte lungimi de undă și frecvențe, cum ar fi razele X, sunt de asemenea emise și reflectate. Razele X pot trece prin obiecte pentru a lumina oasele. Lumina ultravioletă, care este invizibilă și pentru oameni, este destul de energică și este responsabilă pentru pielea arsă de soare.

Astronomii măsoară multe proprietăți ale luminii, cum ar fi luminozitatea (luminozitatea), intensitatea, frecvența sau lungimea de undă și polarizarea. Fiecare lungime de undă și frecvența luminii permite astronomilor să studieze obiecte din univers în moduri diferite. Viteza luminii (care este de 299.729.458 metri pe secundă) este, de asemenea, un instrument important pentru determinarea distanței. De exemplu, Soarele și Jupiterul (și multe alte obiecte din univers) sunt emițători naturali ai frecvențelor radio. Radio-astronomii privesc aceste emisii și află despre temperaturile, vitezele, presiunile și câmpurile magnetice ale obiectelor. Un domeniu de radio astronomie este axat pe căutând viața pe alte lumi găsind semnalele pe care le pot trimite. Aceasta se numește căutarea informațiilor extraterestre (SETI).

Cercetătorii în astronomie sunt adesea interesați luminozitatea unui obiect, care este măsura cantității de energie pe care o distribuie sub formă de radiații electromagnetice. Asta le spune ceva despre activitatea din și în jurul obiectului.

În plus, lumina poate fi „împrăștiată” pe suprafața unui obiect. Lumina împrăștiată are proprietăți care spun oamenilor de știință planetari ce materiale alcătuiesc acea suprafață. De exemplu, s-ar putea să vadă lumina împrăștiată care dezvăluie prezența mineralelor în rocile suprafeței marțiene, în scoarța unui asteroid sau pe Pământ.

Lumina infraroșie este oferită de obiecte calde, cum ar fi protostele (stele care urmează să se nască), planetele, lunile și obiectele pitice maro. Când astronomii vizează un detector cu infraroșu spre un nor de gaz și praf, de exemplu, lumina infraroșie de la obiectele protostelare din interiorul norului poate trece prin gaz și praf. Asta oferă astronomilor o privire în pepiniera stelară. Astronomia infraroșie descoperă stele tinere și caută lumi care să nu fie vizibile în lungimi de undă optice, inclusiv asteroizi în propriul nostru sistem solar. Ba chiar le aruncă o privire spre locuri precum centrul galaxiei noastre, ascunse în spatele unui nor gros de gaz și praf.

Lumina optică (vizibilă) este modul în care oamenii văd universul; vedem stele, planete, comete, nebuloase și galaxii, dar numai în acea gamă îngustă de lungimi de undă pe care ochii noștri le pot detecta. Este lumina pe care am evoluat să o „vedem” cu ochii noștri.

Interesant este că unele creaturi de pe Pământ pot vedea și în infraroșu și ultraviolete, iar altele pot sesiza (dar nu vedea) câmpuri magnetice și sunete pe care nu le putem simți direct. Cu toții suntem familiarizați cu câinii care pot auzi sunete pe care oamenii nu le pot auzi.

Lumina ultraviolete este oferită de procese și obiecte energetice din univers. Un obiect trebuie să fie o anumită temperatură pentru a emite această formă de lumină. Temperatura este legată de evenimentele cu energie mare și, prin urmare, căutăm emisiile de raze X de la astfel de obiecte și evenimente precum stele care se formează recent, care sunt destul de energice. Lumina lor ultravioletă poate distruge moleculele de gaz (într-un proces numit fotodisociere), motiv pentru care deseori vedem stele nou-născuți „mâncând” la norii lor de naștere.

Razele X sunt emise chiar de mai multe procese și obiecte energetice, cum ar fi jeturi de material supraîncălzit curgând departe de găurile negre. De asemenea, exploziile Supernova dau raze X. Soarele nostru emite fluxuri uriașe de raze X ori de câte ori crește o flacără solară.

Razele gamma sunt date de obiectele și evenimentele cele mai energice din univers. Quasarii și explozii de hipernova sunt două exemple bune de emițătoare de raze gamma, împreună cu celebrul "izbucni cu raze gamma".

Astronomii au diferite tipuri de detectoare pentru a studia fiecare dintre aceste forme de lumină. Cele mai bune sunt pe orbită în jurul planetei noastre, departe de atmosferă (care afectează lumina în timp ce trece). Există câteva observatoare optice și infraroșii foarte bune pe Pământ (numite observatoare bazate pe sol) și sunt situate la o altitudine foarte mare pentru a evita majoritatea efectelor atmosferice. Detectoarele „văd” lumina care intră. Lumina ar putea fi trimisă la o spectrografie, care este un instrument foarte sensibil care împarte lumina primită în lungimile de undă ale componentelor sale. Produce „spectre”, grafice pe care astronomii le folosesc pentru a înțelege proprietățile chimice ale obiectului. De exemplu, un spectru al Soarelui arată linii negre în diferite locuri; aceste linii indică elementele chimice care există la Soare.

Lumina este folosită nu doar în interior astronomie dar într-o gamă largă de științe, inclusiv profesia de medic, pentru descoperire și diagnostic, chimie, geologie, fizică și inginerie. Este într-adevăr unul dintre cele mai importante instrumente pe care oamenii de știință le au în arsenalul lor de moduri în care studiază cosmosul.