אנו לומדים על האטמוספירה של השמש ועל פני השטח באמצעות הספקטרום שלה – התפלגות האור לצבעים שונים (לפי אורכי גל). בדרך דומה ניתן ללמוד גם על כוכבים אחרים. ספקטרוסקופיה – חקר הספקטרום – הוא כלי חיוני להבנת התכונות הפיזיות של גופים אסטרונומיים. אסטרונומים רבים מקדישים לספקטרוסקופיה את כל עיסוקם המקצועי. הספקטרום מסייע בחשיפת המבנה והמרכיבים של הכוכבים. זוהי צורה מובהקת של חישה מרחוק. אנחנו לא צריכים להגיע אל הכוכבים או להביא מהם חומר למעבדה; אנו יכולים לאבחן ממה הם עשויים וכיצד הם קורנים אך ורק על ידי איסוף אור וניתוח הספקטרום שלו.
באדיבות וויקיפדיה
אסטרונומים יוצרים את הספקטרום כאשר הם מפזרים אור כוכבים לאורכי גל (או תדרים) שונים באמצעות ספקטרוגרף. ספקטרום מוצג בדרך כלל בצורה גרפית. קיימת הסכמה לפיה, אורכי גל קצרים נמצאים בצד שמאל ואורכי גל ארוכים נמצאים בצד ימין של הספקטרום. קווי הבליעה של אורכי הגל מופיעים כעמקים חדים או חריצים בספקטרום וקווי פליטה מופיעים כפסגות חדות. הגרף מראה את העוצמה כפונקציה של אורך גל. עוצמות אורך הגל מייצגות עוצמות האור, או אנרגיה הקורנת מהכוכב. בדרך כלל הכחול (אורך גל קצר) הוא בצד שמאל. הרמה הכללית של בהירות קווי הפליטה נקראת ספקטרום רציף. עבור כוכבים, בספקטרום רציף קיימת התפלגות רחבה של אורכי גל האופיינית לפליטה של קרינת חום מגז בטמפרטורה של אלפי מעלות.
באדיבות וויקיפדיה
בימים הראשונים של ספקטרוסקופיה, ניתן היה לראות את הספקטרום רק בעין. בשלהי שנות השבעים של המאה ה-19 החלו האסטרונומים להשתמש בלוחות צילום כדי לקלוט ספקטרום שנצפה באמצעות טלסקופ. במשך כמאה שנים, נתונים אסטרונומיים נקלטו רק באמצעות צילום. העבודה החלוצית בהבנת הכוכבים נעשתה בתחילת המאה ה- 20 באמצעות לוחות צילום. כיום לוחות הצילום הוחלפו בגלאים אלקטרוניים, או התקני CCD. טווח אורכי הגל שניתן לקלוט מהספקטרום תלוי ברגישות של ה- CCD – העשוי בדרך כלל מסיליקון. בחומר זה טווח אורכי הגל הנקלט מכסה את התחום הנראה ולעתים קרובות אפילו באורכי גל ארוכים יותר.
באדיבות וויקיפדיה
בשנת 1872, הנרי דרייפר היה הראשון שצילם ספקטרום הכוכבים. זה היה התקדמות עצומה. במקום לצייר או לתאר מילולית את הספקטרום, אסטרונומים יכלו לקלוט ישירות את הספקטרום, וכך להשוות ולמדוד תכונות ספקטרליות של כוכבים. דרייפר החל בפרויקט שאפתני צילום וקיטלוג כל הכוכבים הבהירים בשמים, אבל הוא מת זמן רב לפני שהפרויקט הושלם. אלמנתו תרמה להרווארד כסף בכמות שאפשרה את המשך העבודה. אסטרונום מצפה הכוכבים של הרווארד אדוארד סי פיקרינג עמד בראש הפרויקט שמטרתו יצירת הקטלוג ע"ש הנרי דרייפר. הוא שכר קבוצה גדולה של נשים, שנקראו "מחשבים", במטרה לבצע עבודה קפדנית של מדידת הספקטרום של אלפי כוכבים.
אנני קנון, שעמדה בראש קבוצת הנשים "המחשבים", ביחד עם עוזרות צעירות המציאו מערכת של סוגים ספקטרליים של כוכבים המבוססים על המראה של קווים ספקטרליים. הספקטרה סווגו לפי סדר האלף-בית לפי עוצמת קווי המימן. כוכבים עם קווי מימן העמוקים ביותר היו כוכבים מסוג A, כוכבים עם קווי המימן העמוקים קצת פחות היו כוכבים מסוג B, וכן הלאה לפי סדר האלפבית האנגלי (הרצף המקורי נעצר ב- P). המאפיינים הספקטראליים שבהם הסתייעו ביותר היו קווים של מימן וקווים של הליום. קווי הבליעה של יסודות אחרים נראים גם הם, ואסטרונומים באופן מסורתי התייחסו לכל היסודות הכבדים יותר מהליום כאל "מתכות" – זה בבירור מונח מוטעה שכן רק מעט מן היסודות כבדים הם למעשה מתכות! סיווג הספקטרום השתנה בסופו של דבר לפי רצף הטמפרטורה, אשר לא חולק עוד לפי סדר האלפבית, מאז עומק קווי המימן אינו משתנה בצורה פשוטה עם טמפרטורה.
באדיבות וויקיפדיה
בזמן שאנני קאנון ערכה את הסקר שלה, תיאוריית האטום המודרנית לא הייתה מפותחת דייה. לכן, לאסטרונומים, באותה עת, הייתה הבנה גרועה ביחס לגורמים להופעת הקווים הספקטרליים. איש לא ידע שקווי פליטה והבליעה תלויים במבנה המסלול של אלקטרונים באטומים. הספקטרום של הכוכבים (כולל השמש) מראה תכונות ספקטרליות רבות – כלומר, הפוטוספירה מורכבת מיסודות רבים. כל יסוד יוצר תבנית ייחודית של קווים, המסייעת לנו לקבוע אילו יסודות קיימים בפוטוספירה.
חשבו על סוג האטום הפשוט והנפוץ ביותר ביקום: מימן. ניתן למספר את המסלולים של אטומי מימן. מאחר שלאטום מימן נייטרלי יש רק אלקטרון אחד, לאטום במצב היסוד יהיה אלקטרון אחד במסלול n = 1. אם האטום פוגע באטומים אחרים וזוכה באנרגיה או אם הוא קולט קרינה, ייתכן שהאלקטרון יקפוץ למסלול n = 2, 3, וכן הלאה. ספיגה נוספת של אנרגיה עלולה לגרום לקפיצה מ- n = 3 ל- n = 4, כך נוצר קו בליעה. האלקטרון עשויה לחזור באופן ספונטני מ- n = 3 ל- n = 2, תוך יצירת קו פליטה. כל מעבר אפשרי (1 עד 2, 2 עד 3, 4 עד 2, וכן הלאה) יוצר קו אחר בספקטרום. מעברים בין רמות n = 2 לרמות גבוהות יותר יוצרים את הקווים הבולטים בחלק הנראה של הספקטרום האלקטרומגנטי. קו מימן אלפא המפורסם (Hα) הצובע בצבע אדום מבריק סביבות גזיות רבות, כולל הכרומוספירה של השמש וערפיליות רבות.
באדיבות וויקיפדיה
Author: Chris Impey