Spektroskopie
Jestli budou někdy na nějaké jiné planetě nalezeny známky života, budou nalezeny spektroskopem.
Spektroskopie je jedním z oblíbených nástrojů astronomů, který jim pomáhá pochopit Vesmír. Planety, hvězdy a galaxie jsou prostě příliš daleko, než aby se daly studovat v laboratoři. Naštěstí jsou velmi důležité informace o těchto vzdálených tělesech napsány/obsaženy ve světle, které pozorujeme dalekohledem.
Světlo ale není otevřená kniha. Aby se dalo číst, je potřeba ho rozložit do různých barev (neboli vlnových délek) stejným způsobem, jakým dešťové kapky vytvářejí ze světla duhu. Newton nazval tuto barevnou duhu spektrem, podle latinského výrazu "spectrum", což znamená zjevení.
Hranol rozkládá bílé světlo do jednotlivých složek - barev duhy.
Přírodní hranol, který znají všichni.
První astronomické použití spektroskopie byla analýza slunečního světla Fraunhoferem a Kirchhoffem počátkem 19tého století. Očekávalo se, že bílé světlo vznikající ve Slunci po průchodu hranolem vytvoří čistou duhu. Kupodivu, byly naměřeny tmavé čáry. Tyto neočekávané čáry byly "otisky prstů" zanechané ve světle různými chemickými prvky interagujícími se světlem. Říká se jim absorpční čáry.
Krása těchto interakcí spočívá v tom, že každý chemický prvek nebo molekula vytváří ve spektru jedinečný otisk, jakousi obdobu čárového kódu, který jednoznačně rozpozná jeden prvek od druhého. Dekódováním těchto čárových kódů dokáže spektroskopie určit spoustu zajímavých vlastností jakéhokoli tělesa, které vysílá nebo pohlcuje světlo.
Čárový kód Slunce. Velmi dlouhé spektrum bylo rozděleno na menší části a ty srovnány nad sebe. Kredit: NOAO/AURA/NSF.
Hvězda vysílá světlo v celém spektru - tzv. kontinuum. Když bílé světlo prochází hranolem, vytvoří duhu, své spektrum. Stejným způsobem, když světlo hvězdy projde přes plynnou mlhovinu - anebo dokonce atmosférou hvězdy - určité barvy (neboli vlnové délky) jsou pohlceny prvky v plynu, čímž vznikou v kontinuu tmavé čáry. To je absorpční spektrum. Energie, která byla pohlcena plynem, je znovu vyzářena všemi směry, a to na určitých vlnových délkách, které jsou specifické pro daný prvek, čímž vznikaji jasné čáry; tomu se říká emisní spektrum.
Spektrografy jsou základní součástí astronomického zařízení a jsou mnohem komplikovanější než hranol. Místo jednoduché duhy je výstupem spektrum mnohem roztaženější než duha. Spektra se zaznamenávají na detektor CCD a zaznamenávají jako počítačový soubor pro další zpracování a analýzu. Spektrum hvězdy či jiného astronomického objektu odhalí nejenom přítomnost určitého chemického prvku, ale také informuje o převládajících fyzikálních podmínkách, jako je teplota a hustota. Spektra také vypovídají o pohybu: použitím Dopplerova jevu můžeme změřit rychlost hvězdy či galaxie vzhledem k Zemi. Tento jev se používá při objevování extrasolárních a podobný jev umožňuje astronomům měřit vzdálenosti ke galaxiím. Spektra též obsahují informace o magnetickém poli objektu, složení hmoty a další věci.
Většina dalekohledů na observatořích ESO má spektrografy anebo má spektroskopický mód pozorování. Pokrývají širokou škálu vlnových délek (od blízké ultrafialové do střední infračervené) a nabízejí různá spektrální rozlišení (čím vyšší spektrální rozlišení, tím silnější rozklad světla, a tím jemnější detaily můžeme detekovat).
Ukázka spektra pořízená spektrografem X-shooter. Toto zařízení může pořídit simultánní spektra objektu v širokém rozsahu barev (tedy vlnových délek) od ultrafialové do infračervené.
Většina spektrografů vybírá světla na rozložení pomocí štěrbiny, která může být velmi dlouhá nebo velmi krátká, případně dokonce jenom malá dírka. Jenom toto světlo je posláno do spektrografu (není na obrázku) a vytváří spektrum štěrbiny.
Některé spektrografy na dalekohledu VLT na Paranalu (Very Large Telescope) vytváří spektra s vysokým rozlišením (např. UVES a CRIRES), jiné pořizují spektra mnoha objektů současně (třeba FLAMES a VIMOS) a několik málo (např. KMOS, MUSE a SINFONI) mohou dokonce pořizovat spektra celé zorného pole (viz spektroskopie v celém poli).
Zařízení EFOSC2 (a jeho předchůdce EMMI) a SOFI, nainstalované na dalekohledu NTT (New Technology Telescope) na observatoři La Silla, jsou také spektrografy. Ale nejznámější je zcela určitě HARPS na 3.6m dalekohledu ESO (ESO 3.6-metre telescope), který proslul svou vedoucí úlohou při hledání exoplanet.
Příští generace spektrografů, jako jsou ty plánované pro dalekohled ELT (Extremely Large Telescope), budou lepší, než cokoli dnes dokážeme vyrobit. Mezi věcmi, které dnes dělat nedokážeme, ale časem ano, se řadí schopnost pozorovat možné známky života v atmosférách exoplanet podobných Zemi. Jestli budou někdy na nějaké jiné planetě nalezeny známky života, budou nalezeny spektroskopem.
Vědecké úspěchy spektroskopie
Spektrografy ESO poskytly klíčová data k významným výsledkům v mnoha různých oblastech astronomie:
- 10 nejvýznamnějších astronomických objevů ESO
- Tělesa Sluneční soustavy, exoplanety a hnědí trpaslíci: viz CRIRES
- Exoplanety: viz vědecké úspěchy HARPS
- Hvětdné populace: viz vědecké úspěchy FLAMES
- Kosmologie: viz vědecké úspěchy UVES
- Superhmotná černá díra v centru naší Galaxie: viz vědecké úspěchy SINFONI
- Vývoj galaxií: viz vědecké úspěchy VIMOS