In anul 1835, Auguste Comte, un filozof francez renumit, a spus ca oamenii nu vor fi niciodata in stare sa inteleaga compozitia chimica a stelelor. La scurt timp dupa aceea s-a dovedit ca afirmatia sa era gresita. In cea de-a doua jumatate a secolului al 19-lea, astronomii au inceput sa adopte doua tehnici noi – spectroscopia si fotografia. Impreuna au ajutat la revolutionarea intelegerii cosmosului si la nasterea astrofizicii. Pentru prima oara in istorie, oamenii de stiinta puteau analiza din ce este facut universul. Acesta a fost un punct de cotitura in dezvoltarea cosmologiei, intrucat astronomii au putut sa inregistreze si sa documenteze atat locatia stelelor, cat si natura lor in sine.
Spectroscopia astronomica s-a nascut ca o derivare a incercarilor chimistilor de a analiza materialele de pe Pamant, precum si in urma interesului oamenilor de stiinta in ceea ce priveste natura culorii. Au existat cateva incursiuni timpurii in spectroscopie inainte de anul 1850. Joseph Fraunhofer, de exemplu, a montat o prisma in fata lentilei unui telescop mic, realizand astfel un spectroscop brut. Acesta a descoperit ca atunci cand lumina provenita de la soare si de la stelele stralucitoare (cum ar fi Sirius) era analizata, existau linii de absorbtie caracteristice in spectrul produs. Insa Fraunhofer a murit inainte de a putea studia acest fenomen mai bine.
Un pas important
Un progres important a fost facut in anul 1859 de catre Gustav Kirchhoff si Robert Bunsen. Dezvoltarea unui arzator cu gaz puternic de catre Bunsen, a fost esentiala pentru cercetarile efectuate in Heidelberg, Germania. In anul 1859, Bunsen i-a spus unui coleg ca Gustav Kirchhoff facuse o descoperire neasteptata. Aceste identificase cauza liniilor intunecate observate in spectrul solar de catre Fraunhofer si altii. Atunci cand anumite substante chimice erau incalzite in arzatorul de gaz al lui Bunsen, apareau linii stralucitoare caracteristice. In unele cazuri, acesteau se aflau in aceleasi puncte din spectrul de frecvente ca si liniile intunecate ale lui Fraunhofer. Liniile stralucitoare proveneau de la un gaz fierbinte, in timp ce liniile intunecate aratau absorbtia luminii in gazul mai rece aflat deasupra suprafetei soarelui.
Cei doi oameni de stiinta au aflat ca fiecare element chimic produce un spectru unic. Acest lucru ofera un fel de “amprenta” care poate confirma prezenta acelui element chimic. Kirchhoff si Bunsen si-au dat seama ca aceasta poate fi o unealta puternica pentru determinarea compozitiei chimice a soarelui si a stelelor fixe. De-a lungul anilor 1860, Kirchhoff a reusit sa identifice aproximativ 16 elemente chimice diferite in randul sutelor de linii pe care le-a inregistrat in spectrul soarelui. Pe baza acestor date, Kirchhoff a facut speculatii in privinta compozitiei chimice a soarelui, precum si a structurii acestuia.
Spectroscopia si soarele
Spectroscopia astronomica timpurie s-a concentrat pe soare din cauza luminozitatii acestuia si a importantei sale pentru viata pe Pamant. In timp, astronomii au inceput sa-si indrepte atentia catre multitudinea de stele disponibile pentru a fi studiate. Oamenii de stiinta, ca William Huggins si Angelo Secchi, au adunat cat mai multe spectre posibile si au petrecut mult timp in plasarea acestora in sisteme de clasificare. Astfel au aparut trei grupuri de baza: stele albe si albastre, stele galbene (sau de tip solar) si stele rosii.
In anul 1885, Edward C. Pickering s-a angajat intr-un program ambitios de clasificare a spectrelor stelare, utilizand spectrele inregistrate pe placi fotografice. Pana in anul 1890, acesta intocmise un catalog cu peste 10 000 de stele grupate in 13 tipuri spectrale. Urmand exemplul lui Pickering, Annie Jump Cannon a extins catalogul la noua volume si peste 250 000 de stele, pana in anul 1924, si a dezvoltat un sistem de zece tipuri spectrale (O, B, A, F, G, K, M, R, N, S) pe care astronomii din toata lumea l-au adoptat in anul 1922.
Un nou instrument util – astrofotografia
In a doua jumatate a secolului al 19-lea, fotografia a fost acceptata ca instrument al inregistrarii imaginilor si informatiilor produse de telescoape si spectrografe. Acest proces nu a fost nici inevitabil si nici usor. Sustinatorii astrofotografiei au muncit din greu pentru a convinge comunitatea oamenilor de stiinta. In anul 1840, chimistul J.W. Draper a realizat prima imagine reusita a unui obiect astronomic – Luna. Aceasta imagine a fost un dagherotip – un proces fotografic timpuriu in care imaginea era produsa pe o placa de argint sensibilizata de iod si developata in vapori de mercur. Anii 1840 au cunoscut o serie de “premiere” in ceea ce priveste astrofotografia: prima poza a Lunii, prima poza a unei eclipse de soare (1842), prima poza a spectrului solar (1843) si primele poze ale soarelui (1845). La fel ca si imaginea inovatoare a lui Draper, aceste prime poze au fost realizate folosind procesul dagherotip.
O noua tehnica a aparut in anul 1851, cand F. Scott Archer a introdus procesul de colodiu umed – o placa de sticla era acoperita cu o solutie de colodiu. Placile erau expuse in timp ce erau inca umede, de unde si numele procesului. Odata ce se uscau, aceste placi erau inmuiate intr-o solutie de nitrat de argint care transforma iodura in iodura de argint. Desi greoi si complicat, acest proces a avut un rezultat mult mai sensibil decat un dagherotip, capabil sa inregistreze lumina stelelor si a altor obiecte ceresti. In acest timp, astronomii amatori au adus contributii valoroase la dezvoltarea si acceptarea astrofotografiei drept instrument de cercetare.
Curand dupa aceasta, Henry Draper, un alt om de stiinta amator, a inceput o campanie pentru optimizarea telescopului fotografic si combinarea sa cu spectroscopia stelara. In anul 1872, acesta a realizat o fotografie a stelei Vega (Alpha Lyrae), prima imagine care a aratat liniile de absorbtie ale unei stele. Un deceniu mai tarziu, acesta a detectat linii de emisie in spectrul nebuloasei Orion, inregistrate intr-o expunere care a durat 137 de minute. Tehnologia placii umede deasemenea a limitat utilitatea fotografiei ca instrument de cercetare serioasa. Pana in anii 1880, aceste bariere au cazut, iar astrofotografia a inceput sa joace un rol mai important in astronomie. Acest lucru a fost in parte stimulat de catre progresele englezilor si francezilor in tehnicile placilor uscate. Imbunatatirile suplimentare aduse acestui proces de baza au crescut sensibilitatea placilor uscate, astfel incat acestea au putut sa “vada” mult mai multe decat ar putea ochiul uman sa o faca.
Aparitia unui nou tip de astronom in anii 1880 a grabit de asemenea acceptarea astrofotografiei. Persoanele care erau interesate de disciplina in curs de dezvoltare a astrofizicii au adoptat fotografia ca un instrument esential al acestui domeniu. Pana la sfarsitul secolului al 19-lea, astrofotografia a extins din nou viziunea oamenilor de stiinta si a oferit o inregistrare permanenta a informatiilor culese de telescop si spectrograf.
Uneltele astrofizicii
In timp ce spectroscopia parea sa fie un instrument promitator pentru noua stiinta a astrofizicii, cercetatorii erau limitati de echipamentele lor. Spectrografele timpurii, cum au fost cele utilizate de Henry Draper, foloseau prisme din sticla pentru a dispersa lumina. Desi, in principiu, spectrografele cu prisma erau simple, acestea puteau sa aiba o rezolutie scazuta si, adeseori, gasirea unei prisme de calitate optica suficient de buna era dificila. Un design alternativ a fost utilizarea unei retele de difractie pentru a dispersa lumina perceputa de telescop – aceasta este o suprafata pe care se afla niste linii foarte fine, care sunt distribuite in mod uniform. Aceste santuri utilizeaza proprietatile de unda ale luminii (fiecare culoare pentru o lungime de unda diferita) pentru a o diviza intr-un spectru.
Un alt dispozitiv nou care a intrat in uz in aproximativ aceeasi perioada a fost spectroheliograful, care oferea o imagine a intregii fete a soarelui, intr-o singura lungime de unda a luminii. Acest lucru a deschis un nou domeniu de cercetare a soarelui si le-a permis cercetatorilor sa studieze caracteristicile soarelui mai in profunzime. Desi inventia acestui instrument ii este atribuita lui George Ellery Hale, in anul 1889, versiuni timpurii ale acestuia existau inca din anii 1870. Noul instrument al lui Hale le-a permis cercetatorilor sa vada mai multe caracteristici noi ale soarelui. Datorita muncii sale, Hale a devenit unul din cei mai importanti oameni de stiinta de la inceputul secolului 20. Acest lucru a facilitat promovarea activitatilor sale si strangerea de fonduri pentru noi telescoape mai mari si astrofizica in general. Acesta si-a putut utiliza, de asemenea, rezultatele uimitoare pentru a argumenta in mod elocvent ca cercetarea stelara si cea solara se completau reciproc si ca cercetarea celei mai apropiate stele ii va ajuta pe oamenii de stiinta sa inteleaga secretele tuturor celorlalte stele.
