Giống như những mảnh vỡ của thủy tinh vỡ vụn trong ánh đèn sân khấu, những ngôi sao xuất hiện thụ động trên bầu trời đêm. Nhiệt độ bề mặt sao có thể đạt tới 50.000 độ C - nóng hơn mười lần so với Mặt trời của chúng ta - và trên một số ít, nó có thể đạt tới hơn một triệu độ! Nhiệt trong một ngôi sao thậm chí còn đạt đến mức cao hơn thường vượt quá vài triệu độ - đủ để xé tan hạt nhân nguyên tử và biến chúng thành các loại vật chất mới. Những cái nhìn bình thường của chúng tôi hướng lên trên không chỉ không tiết lộ những điều kiện khắc nghiệt này mà nó chỉ gợi ý về sự đa dạng của các ngôi sao tồn tại. Các ngôi sao được sắp xếp theo cặp, bộ ba và bộ tứ. Một số nhỏ hơn Trái đất trong khi một số khác lớn hơn toàn bộ hệ mặt trời của chúng ta. Tuy nhiên, vì ngay cả những ngôi sao gần nhất là 26 nghìn tỉ dặm xa xôi, hầu hết mọi thứ chúng ta biết về họ, kể cả những người trong hình kèm theo, đã được lượm lặt chỉ từ ánh sáng của họ.
Công nghệ của chúng ta, ngày nay, vẫn không có khả năng gửi một người hoặc robot đến một ngôi sao gần nhất trong thời gian vận chuyển khứ hồi kéo dài dưới vài nghìn năm. Do đó, các ngôi sao vẫn không thể tiếp cận về mặt vật lý bây giờ và trong nhiều năm tới mà không có sự đột phá chưa từng có trong lực đẩy không gian. Tuy nhiên, mặc dù nó không thực tế khi đến thăm ngọn núi, nhưng vẫn có thể nghiên cứu các phần của ngọn núi đã được gửi cho chúng tôi dưới dạng ánh sao. Hầu hết mọi thứ chúng ta biết về các ngôi sao đều dựa trên một kỹ thuật gọi là quang phổ - phân tích ánh sáng và các dạng bức xạ khác.
Quang phổ bắt đầu từ bắt đầu từ Isaac Newton, nhà toán học và nhà khoa học người Anh thế kỷ XVII. Newton bị thu hút bởi khái niệm kỳ lạ lúc đó, được đề xuất bởi các nhà tư tưởng trước đó như Rene Descartes, rằng ánh sáng trắng giữ tất cả các màu sắc của cầu vồng. Năm 1666, Newton đã thử nghiệm một lăng kính thủy tinh, một lỗ nhỏ ở một trong những cửa chớp của ông và bức tường trắng của căn phòng. Khi ánh sáng từ lỗ xuyên qua lăng kính, nó bị phân tán, như thể bằng phép thuật, thành một mảng màu hơi chồng lên nhau: từ đỏ đến tím. Ông là người đầu tiên mô tả điều này như một quang phổ, đó là từ tiếng Latin có nghĩa là sự xuất hiện.
Thiên văn học đã không ngay lập tức kết hợp khám phá Newton. Bước vào thế kỷ thứ mười tám, các nhà thiên văn học nghĩ rằng các ngôi sao chỉ là nền tảng cho chuyển động của các hành tinh. Một phần của điều này dựa trên sự hoài nghi lan rộng rằng khoa học có thể hiểu được bản chất vật lý thực sự của các ngôi sao do khoảng cách từ xa của chúng. Tuy nhiên, tất cả những điều đó đã được thay đổi bởi một chuyên gia nhãn khoa người Đức tên Joseph Fraunhofer.
Năm năm sau khi gia nhập một công ty quang học ở Munich, Fraunhofer, khi đó ở tuổi 24, đã trở thành đối tác nhờ kỹ năng chế tạo thủy tinh, mài ống kính và thiết kế. Sự theo đuổi của ông đối với các thấu kính lý tưởng được sử dụng trong kính viễn vọng và các dụng cụ khác đã khiến ông thử nghiệm với quang phổ. Năm 1814, ông đã thiết lập một kính viễn vọng khảo sát, gắn một lăng kính giữa nó và một khe ánh sáng mặt trời nhỏ sau đó nhìn qua thị kính để quan sát quang phổ dẫn đến. Anh ta quan sát thấy sự lan rộng của màu sắc, như anh ta mong đợi, nhưng anh ta đã nhìn thấy một thứ khác - gần như vô số các đường thẳng đứng mạnh và yếu tối hơn các màu còn lại và một số màu gần như đen. Những vạch tối này sau đó trở nên quen thuộc với mọi sinh viên vật lý như các vạch hấp thụ Fraunhofer. Newton đã không nhìn thấy chúng, có thể, bởi vì cái lỗ được sử dụng trong thí nghiệm của ông lớn hơn khe Fraunhofer.
Bị mê hoặc bởi những dòng này và chắc chắn chúng không phải là đồ tạo tác của nhạc cụ của mình, Fraunhofer đã nghiên cứu chúng một cách chăm chú. Theo thời gian, ông đã lập bản đồ hơn 600 dòng (ngày nay, có khoảng 20.000), sau đó chuyển sự chú ý của mình sang Mặt trăng và các hành tinh gần nhất. Ông tìm thấy các đường giống hệt nhau và kết luận điều này là do mặt trăng và các hành tinh phản chiếu ánh sáng mặt trời. Tiếp theo, ông nghiên cứu Sirius nhưng nhận thấy phổ sao Star có kiểu khác. Mỗi ngôi sao anh quan sát, sau đó, có một bộ các đường thẳng đứng tối màu độc đáo khiến mỗi người tách biệt với nhau như một dấu vân tay. Trong quá trình này, ông đã cải tiến rất nhiều một thiết bị được gọi là cách tử nhiễu xạ có thể được sử dụng thay cho lăng kính. Cách tử cải tiến của anh ta mang lại quang phổ chi tiết hơn nhiều so với lăng kính và khiến anh ta có thể tạo ra các bản đồ của các vạch tối.
Fraunhofer đã kiểm tra máy quang phổ của mình một thuật ngữ được đặt ra sau đó - bằng cách quan sát ánh sáng của ngọn lửa khí và xác định các vạch quang phổ xuất hiện. Những đường này, tuy nhiên, không tối - chúng sáng vì chúng là kết quả của một vật liệu đã được nung nóng đến sáng. Fraunhofer lưu ý sự trùng hợp giữa vị trí của một cặp vạch tối trong quang phổ mặt trời với một cặp vạch sáng từ ngọn lửa trong phòng thí nghiệm của anh ta và suy đoán rằng các vạch tối có thể được gây ra bởi sự vắng mặt của một ánh sáng cụ thể như thể Mặt trời (và những ngôi sao khác) đã cướp đi những dải màu hẹp của chúng.
Bí ẩn về các vạch tối không được giải quyết cho đến khoảng năm 1859, khi Gustav Kirchhoff và Robert Bunsen tiến hành thí nghiệm để xác định vật liệu hóa học bằng màu sắc của chúng khi bị đốt cháy. Kirchhoff đề nghị Bunsen sử dụng máy quang phổ là phương pháp rõ ràng nhất để tạo sự khác biệt và rõ ràng là mỗi nguyên tố hóa học có một phổ duy nhất. Ví dụ, Natri đã sản xuất các dòng đầu tiên được Fraunhofer phát hiện ra vài năm trước đó.
Kirchhoff tiếp tục hiểu chính xác các vạch tối trong quang phổ mặt trời và sao: ánh sáng từ Mặt trời hoặc một ngôi sao đi qua bầu không khí xung quanh của khí lạnh. Những khí này, chẳng hạn như hơi natri, hấp thụ bước sóng đặc trưng của chúng từ ánh sáng và tạo ra các vạch tối được phát hiện đầu tiên bởi Fraunhofer vào đầu thế kỷ đó. Điều này đã mở khóa mã hóa học vũ trụ.
Kirchoff sau đó đã giải mã thành phần của khí quyển mặt trời bằng cách xác định không chỉ natri mà cả sắt, canxi, magiê, niken và crom. Vài năm sau, vào năm 1895, các nhà thiên văn học xem nhật thực sẽ xác nhận các vạch quang phổ của một nguyên tố chưa được phát hiện trên trái đất.
Khi công việc thám tử tiếp tục, các nhà thiên văn học phát hiện ra rằng bức xạ mà họ đang nghiên cứu thông qua các quang phổ mở rộng ra ngoài các màu nhìn thấy quen thuộc vào các vùng điện từ mà mắt chúng ta không thể nhận biết được. Ngày nay, phần lớn công việc thu hút sự chú ý của các nhà thiên văn học chuyên nghiệp không phải là với các đặc điểm hình ảnh của các vật thể không gian sâu mà là bản chất của quang phổ của chúng. Chẳng hạn, tất cả các hành tinh mặt trời bổ sung mới được tìm thấy, chẳng hạn, đã được phát hiện bằng cách phân tích các dịch chuyển phổ sao được đưa vào khi chúng quay quanh ngôi sao mẹ của chúng.
Các kính viễn vọng khổng lồ rải rác trên toàn cầu ở những địa điểm cực kỳ xa xôi hiếm khi được sử dụng với thị kính và hiếm khi chụp những bức ảnh giống như trong cuộc thảo luận này. Một số trong những thiết bị này có đường kính gương vượt quá 30 feet và những thiết bị khác, vẫn đang trong giai đoạn thiết kế và cấp vốn, có thể có bề mặt thu thập ánh sáng vượt quá 100 mét! Nhìn chung, tất cả chúng, những người tồn tại và những người trên bảng vẽ, được tối ưu hóa để thu thập và phân tích ánh sáng họ thu thập bằng các quang phổ tinh vi.
Hiện nay, nhiều hình ảnh không gian sâu đẹp nhất, giống như hình ảnh được giới thiệu ở đây, được tạo ra bởi các nhà thiên văn nghiệp dư tài năng, những người bị cuốn hút vào vẻ đẹp của các vật thể trôi dạt trong không gian sâu thẳm. Được trang bị máy ảnh kỹ thuật số nhạy cảm và các thiết bị quang học có kích thước chính xác nhưng khiêm tốn, chúng tiếp tục là nguồn cảm hứng cho mọi người trên khắp thế giới có chung niềm đam mê.
Bức tranh đầy màu sắc ở phía trên bên phải được Dan Kowal sản xuất từ đài thiên văn tư nhân của ông trong tháng 8 năm nay. Nó trình bày một cảnh nằm ở hướng của chòm sao phương bắc Cygnus. Khối lượng phức tạp của hydro và bụi phân tử này cách Trái đất khoảng 4.000 năm ánh sáng. Phần lớn ánh sáng nhìn thấy trong phần chính của tinh vân này được tạo ra bởi ngôi sao sáng lớn gần trung tâm của nó. Các góc chụp rộng, phơi sáng dài cho thấy tinh vân rất rộng - về cơ bản là một dòng sông bụi liên sao rộng lớn.
Bức ảnh này được sản xuất với một khúc xạ apochromatic sáu inch và máy ảnh thiên văn 3,5 megapixel. Hình ảnh đại diện cho gần 13 giờ tiếp xúc.
Bạn có những bức ảnh bạn muốn chia sẻ không? Đăng chúng lên diễn đàn astrophftimey hoặc gửi email cho chúng, và chúng tôi có thể đăng một bài trong Tạp chí Vũ trụ.
Viết bởi R. Jay GaBany
