Как астрономите използват светлина?

Когато звездни звезди излизат навън през нощта, за да погледнат небето, те виждат светлината от далечни звезди, планети и галактики. Светлината е от решаващо значение за астрономическите открития. Независимо дали е от звезди или други ярки обекти, светлината е нещо, което астрономите използват през цялото време. Човешките очи „виждат“ (технически те „откриват“) видима светлина. Това е една част от по-голям светлинен спектър, наречен електромагнитен спектър (или EMS), а разширеният спектър е това, което астрономите използват за изследване на Космоса.

EMS включва пълната гама от дължини на вълните и честоти светлина, които съществуват: радио вълни, микровълнова печка, инфрачервен, визуален (оптичен), ултравиолетови, рентгенови лъчи и гама лъчи. Частта, която хората виждат, е много мъничка плъзгачка от широкия спектър от светлина, която се излъчва (излъчва и отразява) от обекти в Космоса и на нашата планета. Например светлината от Луна всъщност е светлина от Слънцето, която се отразява от него. Човешките тела също излъчват (излъчват) инфрачервена връзка (понякога наричана топлинна радиация). Ако хората можеха да видят в инфрачервения, нещата биха изглеждали съвсем различно. Други дължини и честоти на вълната, като рентгенови лъчи, също се излъчват и отразяват. Рентгеновите лъчи могат да преминават през обекти за осветяване на костите. Ултравиолетовата светлина, която също е невидима за хората, е доста енергична и е отговорна за изгаряната от слънце кожа.

Астрономите измерват много свойства на светлината, като светимост (яркост), интензитет, нейната честота или дължина на вълната и поляризация. Всяка дължина на вълната и честота на светлината позволява на астрономите да изучават обекти във Вселената по различни начини. Скоростта на светлината (която е 299 729 458 метра в секунда) също е важен инструмент за определяне на разстоянието. Например Слънцето и Юпитер (и много други обекти във Вселената) са естествени излъчватели на радиочестоти. Радиоастрономите разглеждат тези емисии и научават за температурата, скоростите, налягането и магнитните полета на обектите. Едно поле на радиоастрономията е фокусирано върху търсене на живот в други светове чрез намиране на всякакви сигнали, които могат да изпращат. Това се нарича търсене на извънземно разузнаване (SETI).

Изследователите на астрономията често се интересуват светимостта на обект, което е мярката колко енергия отделя под формата на електромагнитно излъчване. Това им казва нещо за дейността в обекта и около него.

В допълнение, светлината може да бъде "разпръсната" от повърхността на обекта. Разсеяната светлина има свойства, които казват на учените от планетата какви материали съставляват тази повърхност. Например, те могат да видят разсеяната светлина, която разкрива наличието на минерали в скалите на Марсианската повърхност, в кората на астероид или на Земята.

Инфрачервената светлина се излъчва от топли предмети като такива протони (звезди, които ще се родят), планети, луни и обекти от кафяво джудже. Когато астрономите насочват инфрачервен детектор към облак от газ и прах, например, инфрачервената светлина от протозвездните обекти вътре в облака може да премине през газ и прах. Това дава на астрономите поглед вътре в звездната детска стая. Инфрачервената астрономия открива млади звезди и търси световете да не се виждат в оптични дължини на вълната, включително астероиди в нашата собствена слънчева система. Даже им надникват на места като центъра на нашата галактика, скрити зад гъст облак от газ и прах.

Оптичната (видима) светлина е как хората виждат Вселената; виждаме звезди, планети, комети, мъглявини и галактики, но само в този тесен диапазон от дължини на вълните, които очите ни могат да открият. Това е светлината, която еволюирахме, за да „видим“ с очите си.

Интересното е, че някои същества на Земята също могат да видят в инфрачервения и ултравиолетовия, а други могат да усетят (но не виждат) магнитни полета и звуци, които не можем директно да усетим. Всички сме запознати с кучета, които могат да чуят звуци, които хората не могат да чуят.

Ултравиолетовата светлина се излъчва от енергийни процеси и обекти във Вселената. Един обект трябва да е с определена температура, за да излъчва тази форма на светлина. Температурата е свързана с високоенергийни събития и затова търсим рентгенови емисии от такива обекти и събития като новообразуващи се звезди, които са доста енергични. Тяхната ултравиолетова светлина може да разкъсва молекули от газ (в процес, наречен фотодисоциация), поради което често виждаме новородени звезди „да се хранят” при техните рождени облаци.

Рентгеновите лъчи се излъчват дори от ПОВЕЧЕ енергийни процеси и обекти, като напр струи от прегрят материал струя далеч от черни дупки. Експлозиите на Supernova също излъчват рентгенови лъчи. Нашето Слънце излъчва огромни потоци от рентгенови лъчи, когато избухне слънчева светкавица.

Гама-лъчите се излъчват от най-енергийните обекти и събития във Вселената. квазарите и хипернова експлозии са два добри примера за гама-излъчватели, заедно с известния „изблици на гама-лъчи".

Астрономите имат различни видове детектори, за да изучават всяка от тези форми на светлина. Най-добрите са в орбита около нашата планета, далеч от атмосферата (което влияе върху светлината, докато тя преминава през). На Земята има някои много добри оптични и инфрачервени обсерватории (наречени наземни обсерватории) и те са разположени на много голяма надморска височина, за да се избегнат повечето от атмосферните ефекти. Детекторите "виждат" светлината, която влиза. Светлината може да бъде изпратена до спектрограф, който е много чувствителен инструмент, който разгражда входящата светлина на нейните компоненти дължини на вълната. Той произвежда "спектри", графики, които астрономите използват, за да разберат химичните свойства на обекта. Например спектърът на Слънцето показва черни линии на различни места; тези линии показват химичните елементи, които съществуват в Слънцето.

Светлината се използва не само в астрономия но в широк спектър от науки, включително медицинската професия, за откриване и диагностика, химия, геология, физика и инженерство. Това наистина е един от най-важните инструменти, които учените имат в арсенала си от начини за изучаване на Космоса.