كيف يستخدم الفلكيون الضوء؟

عندما يذهب مراقبو النجوم إلى الخارج ليلاً للنظر إلى السماء ، يرون الضوء من النجوم والكواكب والمجرات البعيدة. الضوء أمر حاسم للاكتشاف الفلكي. سواء كان من النجوم أو من الأجسام الساطعة الأخرى ، فإن الضوء هو شيء يستخدمه علماء الفلك طوال الوقت. عيون الإنسان "ترى" (تقنياً ، "تكتشف") الضوء المرئي. هذا جزء من طيف أكبر من الضوء يسمى الطيف الكهرومغناطيسي (أو EMS) ، والطيف الممتد هو ما يستخدمه الفلكيون لاستكشاف الكون.

يشمل نظام الإدارة البيئية مجموعة كاملة من أطوال موجية و الترددات من الضوء الموجود: موجات الراديو, الميكروويف, الأشعة تحت الحمراء, بصري (بصري)والأشعة فوق البنفسجية والأشعة أشعة غاما. الجزء الذي يراه البشر هو قطعة صغيرة جدًا من الطيف الواسع من الضوء الذي تنبعثه (تشعه وتنعكس) الأجسام في الفضاء وعلى كوكبنا. على سبيل المثال ، الضوء من القمر هو في الواقع ضوء من الشمس ينعكس عليه. تنبعث أجسام الإنسان أيضًا (يشع) الأشعة تحت الحمراء (يشار إليها أحيانًا باسم الإشعاع الحراري). إذا استطاع الناس الرؤية في الأشعة تحت الحمراء ، فستبدو الأمور مختلفة تمامًا. كما تنبعث وتنعكس أطوال موجية وترددات أخرى ، مثل الأشعة السينية. يمكن أن تمر الأشعة السينية عبر الأجسام لإضاءة العظام. إن الأشعة فوق البنفسجية ، والتي هي أيضًا غير مرئية للبشر ، نشطة للغاية ومسؤولة عن الجلد المصاب بحروق الشمس.

يقيس علماء الفلك العديد من خصائص الضوء ، مثل السطوع (السطوع) ، والشدة ، وتواتره أو طول الموجة ، والاستقطاب. يتيح كل طول موجة وتردد للضوء لعلماء الفلك دراسة الأشياء في الكون بطرق مختلفة. كما تعد سرعة الضوء (التي تبلغ 299،729،458 مترًا في الثانية) أداة مهمة في تحديد المسافة. على سبيل المثال ، الشمس والمشتري (والعديد من الأشياء الأخرى في الكون) هي بواعث طبيعية للترددات اللاسلكية. ينظر علماء الفلك الراديوي إلى تلك الانبعاثات ويتعرفون على درجات حرارة الأجسام وسرعاتها وضغوطها ومجالاتها المغناطيسية. يركز أحد مجالات علم الفلك الراديوي على البحث عن الحياة على عوالم أخرى من خلال إيجاد أي إشارات قد يرسلونها. وهذا ما يسمى البحث عن الذكاء خارج الأرض (SETI).

غالبًا ما يهتم باحثو علم الفلك لمعان شيء ما، وهو مقياس مقدار الطاقة التي يبثها في شكل إشعاع كهرومغناطيسي. هذا يخبرهم شيئًا عن النشاط داخل الكائن وحوله.

بالإضافة إلى ذلك ، يمكن "تشتيت" الضوء على سطح الجسم. للضوء المبعثر خصائص تخبر علماء الكواكب عن المواد التي تشكل ذلك السطح. على سبيل المثال ، قد يرون الضوء المتناثر الذي يكشف عن وجود معادن في صخور سطح المريخ أو في قشرة كويكب أو على الأرض.

ضوء الأشعة تحت الحمراء ينطلق من الأجسام الدافئة مثل الأشياء protostars (النجوم على وشك الولادة) ، والكواكب ، والأقمار ، والأجسام القزمة البنية. عندما يصمم الفلكيون كاشف الأشعة تحت الحمراء على سحابة من الغاز والغبار ، على سبيل المثال ، يمكن أن يمر ضوء الأشعة تحت الحمراء من الأجسام البروتستيلية داخل السحابة عبر الغاز والغبار. وهذا يعطي نظرة الفلكيين داخل الحضانة النجمية. يكتشف علم الفلك بالأشعة تحت الحمراء النجوم الصغيرة ويبحث عن عوالم لا تكون مرئية في الأطوال الموجية البصرية ، بما في ذلك الكويكبات في نظامنا الشمسي. حتى أنها تعطيهم نظرة خاطفة على أماكن مثل مركز مجرتنا ، مخبأة خلف سحابة كثيفة من الغاز والغبار.

الضوء البصري (المرئي) هو كيف يرى البشر الكون ؛ نرى النجوم والكواكب والمذنبات والسدم والمجرات ، ولكن فقط في هذا النطاق الضيق من الأطوال الموجية التي يمكن لأعيننا اكتشافها. إنه الضوء الذي طورناه لنرى بأعيننا.

ومن المثير للاهتمام أن بعض المخلوقات على الأرض يمكنها أيضًا رؤية الأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية ، والبعض الآخر يمكن أن يستشعر (ولكن لا يرى) المجالات والأصوات المغناطيسية التي لا يمكننا الشعور بها مباشرة. نحن جميعًا على دراية بالكلاب التي يمكنها سماع الأصوات التي لا يستطيع البشر سماعها.

يتم إطلاق الضوء فوق البنفسجي من خلال العمليات والأشياء النشطة في الكون. يجب أن يكون الجسم بدرجة حرارة معينة حتى ينبعث هذا الشكل من الضوء. ترتبط درجة الحرارة بالأحداث عالية الطاقة ، ولذا فإننا نبحث عن انبعاثات الأشعة السينية من مثل هذه الأجسام والأحداث مثل النجوم المشكّلة حديثًا ، والتي تكون نشطة للغاية. يمكن أن يؤدي ضوء الأشعة فوق البنفسجية إلى تمزيق جزيئات الغاز (في عملية تسمى التفكك الضوئي) ، وهذا هو السبب في أننا غالبًا ما نرى النجوم حديثة الولادة "تتآكل" عند غيوم ولادتها.

تنبعث الأشعة السينية من خلال عمليات وكائنات أكثر نشاطًا ، مثل طائرات من مواد محمومة يتدفق بعيدًا عن الثقوب السوداء. كما تؤدي انفجارات السوبرنوفا إلى تصوير الأشعة السينية. تبعث شمسنا تيارات هائلة من الأشعة السينية كلما تجمعت في الشمس.

يتم إطلاق أشعة جاما من قبل أكثر الأشياء والأحداث نشاطًا في الكون. النجوم الزائفة و انفجارات hypernova مثالان جيدان لبواعث أشعة غاما ، إلى جانب المشهور "انفجارات أشعة جاما".

لدى الفلكيين أنواع مختلفة من أجهزة الكشف لدراسة كل من هذه الأشكال من الضوء. أفضلها في المدار حول كوكبنا ، بعيدًا عن الغلاف الجوي (الذي يؤثر على الضوء أثناء مروره). هناك بعض المراصد الضوئية والأشعة تحت الحمراء الجيدة جدًا على الأرض (تسمى المراصد الأرضية) ، وهي تقع على ارتفاع عالٍ جدًا لتجنب معظم التأثيرات الجوية. الكواشف "ترى" الضوء القادم. قد يتم إرسال الضوء إلى مطياف ، وهو أداة حساسة للغاية تكسر الضوء الوارد إلى أطوال موجية مكونة. وتنتج الرسوم البيانية "الأطياف" التي يستخدمها علماء الفلك لفهم الخصائص الكيميائية للجسم. على سبيل المثال ، يظهر طيف الشمس خطوط سوداء في أماكن مختلفة. تشير هذه الخطوط إلى العناصر الكيميائية الموجودة في الشمس.

يتم استخدام الضوء ليس فقط في الفلك ولكن في مجموعة واسعة من العلوم ، بما في ذلك مهنة الطب ، للاكتشاف والتشخيص والكيمياء والجيولوجيا والفيزياء والهندسة. إنها حقًا واحدة من أهم الأدوات التي يمتلكها العلماء في ترسانتهم للطرق التي يدرسون بها الكون.