מאז שניוטון הראה כי אור השמש הוא תערובת צבעים, מדענים למדו את ספקטרום השמש. ב- 1817 גילה הפיסיקאי הגרמני יוסף פראונהופר שאורכי גל מסוימים חסרים בספקטרום של השמש; קווים צרים כהים חצו את הספקטרום הנראה. קווים אלה תואמים את הספקטרום הנפלט במעבדות הכימיה כאשר יסוד במצב גזי מחומם. התגלה כי כל חומר פולט וקולט קרינה של אורכי גל מסוימים ולא אחרים. אלו תחומים צרים מאד של אורכי גל, ייחודיים לכל יסוד ולא ניתן לטעות בהם, בדומה לטביעות אצבע. קווים אלה נקראים ספקטרום פליטה או ספקטרום בליעה. החוקרים מצאו עד מהרה כי קווי פליטה של מימן תואמים בדיוק את המיקום של כמה קווי בליעה בספקטרום השמש של פראונהופר. שתי קבוצות של קווים נוצרו על ידי אותו יסוד! התברר כי השמש מורכבת בעיקר ממימן.
באדיבות University of California, Irvine
מסת השמש מכילה כ- 76% מימן ו- 22% הליום – בערך אותן הפרופורציות שנמצאות באטמוספירות של הפלנטות הענקיות. בניגוד להרכב כדור הארץ. היסודות הכבדים הנפוצים בכדור הארץ, כמו ברזל, ניקל, סיליקון ופחמן, מהווים רק 2% ממסת השמש. היסודות הנפוצים ביותר משקפים את החומר שממנו נוצרה מערכת השמש.
בפועל, זיהוי יסודות באמצעות ספקטרוסקופיה דומה לפתרון חידה. כל יסוד מייצר מערך אופייני משלו של קווים ספקטרליים. עם זאת, קבוצות הקווים של יסודות רבים הנמצאים בסמוך האחד לשני, יוצרים תבנית מסובכת שפיענוחה יכול להיות מורכב מאוד. אנחנו יכולים לאסוף קרינה רבה מהשמש, כך שניתן לזהות את קיומם של יסודות שריכוזם נמוך מאוד. לדוגמה, אם פחות מאחד ממיליון מכלל האטומים בשמש הוא אטום ברזל, אנו יכולים לזהות בקלות קווי ספקטרליים של ברזל בספקטרום השמש. חישה מרחוק על ידי ספקטרוסקופיה היא טכניקה רגישה מאוד. כמה יסודות התגלו בחלל בריכוז נמוך ביותר, טריליון (1012) פעמים פחות מימן, היסוד הנפוץ ביותר. להלן עשרת היסודות הנפוצים ביותר בשכבות החיצוניות של השמש, במונחים של אחוז מהאטומים ואחוז מהמסה. כמעט 70 יסודות התגלו בשמש, רובם בכמויות זעירות.
באדיבות University of Nebraska-Lincoln
·
- מימן – 91.2% מהאטומים, 71.0% מהמסה
- · הליום – 8.7% מהאטומים, 27.1% מהמסה
- · חמצן – 0.078% מהאטומים, 0.97% מהמסה
- · פחמן – 0.043% מהאטומים, 0.40% מהמסה
- · חנקן – 0.0088% מהאטומים, 0.096% מהמסה
- · הסיליקון – 0.0045% מהאטומים, 0.099% מהמסה
- · מגנזיום – 0.0038% מהאטומים, 0.076% מהמסה
- · נאון – 0.0035% מהאטומים, 0.058% מהמסה
- · ברזל – 0.0030% מהאטומים, 0.14% מהמסה
- · גופרית – 0.0015% מהאטומים, 0.040% מהמסה
ספקטרוסקופיה היא דוגמה מצוינת להישגי השיטה המדעית. כימאים משפטיים למדו להשתמש במדידות ספקטרוסקופיות כדי לזהות עקבות של יסודות מסוימים בדגימות של עור או שיער של בני-אדם. טכניקות שמסתייעים בהן כדי לזהות יסודות מעטים בכדורי גז ענקיים הנמצאים טריליוני קילומטרים מכאן! בשנת 1868, האסטרונום הצרפתי פייר ינסן והאסטרונום האנגלי נורמן לוקיר מצאו באופן עצמאי קווים ספקטרליים בשמש התואמים ליסוד בלתי ידוע. יסוד זה, הנקרא הליום (בעקבות השם הליוס – ביוונית "השמש"), היה זה היסוד הראשון שהתגלה בחלל לפני שהתגלה בכדור הארץ.
גילוי הליום העלה שאלה לא נוחה לגבי השיטה המדעית כפי שהיא מיושמת באסטרונומיה. אם השמש מכילה חומרים מוזרים שאינם ידועים בכדור הארץ, עד כמה נוכל אי פעם להבין את היקום? הליום הוא נדיר ביותר על פני כדור הארץ, אך בסופו של דבר זוהה על ידי לוקיר בשנת 1895. כפי שהתברר מהבנתנו את האטמוספירה הפלנטרית, הוא נמלט לחלל מוקדם בהיסטוריה של כדור הארץ. הדאגה שהצגנו בתחילת הפיסקה באה אל פתרונה לאחר מחקר נוסף. מאז לא התגלה יסוד בשמש או בכל כוכב אחר שלא ניתן לזהות את קיומו במעבדות בכדור הארץ.
Author: Chris Impey