Unikalny kod kreskowy każdego pierwiastka
Ciemne prążki w słonecznym widmie to efekt działania chemicznej zupy, z której składa się atmosfera gwiazdy. Poszczególne pierwiastki i cząsteczki pochłaniają fotony o bardzo specyficznych energiach, czyli kolorach. Każdy z nich ma swój niepowtarzalny wzór, działający jak kosmiczny odcisk palca. Dzięki temu astronomowie, nie opuszczając Ziemi, mogą określić, z czego zbudowana jest odległa gwiazda czy galaktyka. Josef von Fraunhofer, który jako pierwszy dokładnie je skatalogował w 1814 roku, nie miał pojęcia, co tak naprawdę obserwuje. Prawda wyszła na jaw później, gdy fizycy zrozumieli związek między światłem a strukturą atomów. To zresztą niejedyna niespodzianka – choć postrzegamy Słońce jako żółtawe, jego szczytowa jasność przypada na zakres zielono-żółty. Nasz mózg po prostu łączy wszystkie długości fal w jedną białą całość.
Czytaj też: Sensacyjne odkrycie na orbicie Ziemi. Naukowcy zarejestrowali zjawisko znane dotąd tylko ze Słońca
Analiza widmowa przyniosła jeden z najbardziej spektakularnych triumfów astronomii. W 1868 roku badacze zauważyli w słonecznym świetle serie linii, które nie pasowały do żadnego znanego wtedy pierwiastka. Tak oto, na kartach obserwacji, narodził się hel. Dopiero później udało się go wyizolować w ziemskich laboratoriach. Ten epizod doskonale ilustruje moc spektroskopii jako narzędzia odkrywczego. Podstawowy skład Słońca to oczywiście wodór i hel, ale w jego atmosferze kryje się cała tablica Mendelejewa. Znajdziemy tam tlen, sód, wapń, a nawet śladowe ilości cięższych metali. Proporcje tych dodatków są dla naukowców czymś w rodzaju kosmicznego zegara – pozwalają oszacować wiek gwiazdy i śledzić historię chemiczną naszej galaktyki.
Co sprawia, że niektóre linie wciąż opierają się identyfikacji?
Dlaczego, mając tak zaawansowaną technologię, wciąż nie potrafimy przypisać setek zaobserwowanych linii? Wyzwanie ma dwa główne źródła, a każde z nich stanowi osobny, trudny problem. Pierwszy to luki w naszych bazach danych. Katalogi widmowe atomów i cząsteczek, choć imponująco rozbudowane, są niekompletne. Niektóre przejścia energetyczne, zachodzące w ekstremalnych warunkach panujących w słonecznej atmosferze, mogły po prostu umknąć laboratoryjnym pomiarom. Drugi winowajca to sama natura Słońca. Jego atmosfera to nie statyczna, spokojna powłoka, lecz dynamiczny i gwałtowny ocean plazmy. Potężne wstrząsy konwekcyjne, rozbłyski oraz skomplikowane pola magnetyczne stale mieszają i podgrzewają materię, zakłócając idealny obraz linii absorpcyjnych. Modelowanie tak skomplikowanego środowiska to nie lada wyczyn.
Czytaj też: Tanie polowanie w kosmosie czas zacząć. Cyclops zmienia myślenie o tarczy antyrakietowej
Badacze nie ustają w wysiłkach. Kluczem są udoskonalane modele teoretyczne oraz coraz dokładniejsze pomiary. Gdy generowane komputerowo widmo syntetyczne rozmija się z obserwacjami, pojawia się wskazówka. Naukowcy muszą wtedy rozstrzygnąć, czy błąd leży w niekompletnej bazie danych linii spektralnych, w niedoskonałościach modelu atmosfery, czy może trafili na ślad nowego, nieznanego procesu fizycznego. To mrówcza, ale niezbędna praca. Fakt, że po tylu latach Słońce wciąż zaskakuje, jest jednocześnie inspirujący i nieco upokarzający. To jednocześnie dobry znak dla przyszłości astronomii – oznacza, że w naszym najbliższym kosmicznym sąsiedztwie wciąż czeka mnóstwo do odkrycia.