Darth Maul, jedne z lordów sitgh, bohater "Mrocznego Widma", czwartego filmu z cyklu "gwiezdnych wojen". Rycerze Sith wykorzystują Ciemną Stronę Mocy i przemierzają kosmos w czarnym przebraniu . Nie jest to zbyt praktyczna barwa . Łatwo pochłania podczerwoną cześć widma światła gwiazd, co sprawia, że ubiór błyskawicznie karmi się energią i nagrzewa. Bez sprawnej wentylacji Darth Maul szybko by wyparował. Współczesne aparaty kosmiczne i skafandry kosmonautów obłożoną są błyszczącą, srebrzystą folią nie dlatego, że nasza cywilizacja sprzyja tej dobrej stronie Mocy. Po prostu jasne barwy lepiej odbijają promienie świetlne.
Koński Łeb Oriona
Biało - niebieskie słońca, sztuczne ognie z czerwonymi rozbryzgami i sztuczne ognie z czerwonymi rozbryzgami i szczytpą surealizmu, jakiej nie powstydziłby się sam Dali - przecież to wizurenk .. końskiej głowy. Ta wspaniała fotografia ukazuje mały zakątek gwiazdozbioru Oriona, jednej z najaśniejszych konstelacji na zimowym niebie. ciemny zarys końskiego łba to w rzeczywistości mgławica, składająca się gwiazd i obłoków gazu. A przewagę czerwieni powoduje po prostu obecność wodoru. Gaz ten nabiera czerwonej barwy w temperaturze dwudziestu tysięcy stopni Celcjusza, gdy jedyny jego elektron zostaje oderwany od jądra. Widoczna w samym środku biała gwiazda to ξ (dzeta) Orions, 35 000 razy jaśniejsza od naszego Słońca. Wrażenie, że w dolnej części fotografii jest mniej gwiazd, wynika z obecności gęstego obłoku gazowego, którego się wynurza słynny Koński Łeb.
Jesienna Szata Jowisza
Tło w różnych odcieniach ochry z różowymi żyłkowaniami, sjena palona za szczyptą żółcieni neapolitańskiej i chromowej. Wbrew pozorom nie jest to opis fresku z epoki włoskiego Renesansu, lecz powierzchni naszego poczciwego Jowisza. Jego barwy poznaliśmy dzięki obiektywom sondy Voyager, która przeleciała w odległości 28 milionów kilometrów od powierzchni planety. Masa Jowisza jest dwa i pół raza większa od masy wszystkich pozostałych planet Układu Słonecznego razem wziętych. Dlatego, dzięki grawitacji, otacza go wyjątkowo gruba warstwa atmosfery. Widoczne z daleka ciemne i jasne smugi to różnokolorowe chmury. Astronomów obowiązuje zaś jedna podstawowa zasada: inny kolor = inny skład chemiczny. Stąd wiedzą, że paleta barw Jowisza bierze się z obecnością wodoru (czerwień) i hel (żółć). A słynna, obserwowana od ponad 300 lat wielka Czerwona Plama to prawdopodobnie duże zakłócenie atmosferyczne, o rozmiarach trzykrotnie przekraczających wymiary kuli ziemskiej, coś w rodzaju nieustającej burzy z udziałem siarki i fosforu (mieszanina tych dwóch pierwiastków daje barwę pomarańczową).
Fotony - tajny agent astronomów
Astronomowie polują na fotony, przelatujące przez wszechświat we wszystkich możliwych kierunkach, na grzbiecie fali mknącej z predkością trzystu tysięcy kilometrów na sekundę.
Wyobraźcie sobie szereg fal, których długość - mierzona między dwoma kolejnymi grzbietami - stanowi znak szczególny fotonu, jego dowód tożsamości. Astronomowie, nieustraszeni łowcy fotonów, czuawją z okiem przyklejonym do lunety. niech no tylko jakiś foton maruder zastuka w płytkę detektora. Wszystkie upolowane fotony zostają uporządkowane według długości fali, tworząc tak zwane widmo emisyjne obserwowanego ciała niebieskiego, coś w rodzaju jego energetycznej fotograqfii. Fotony widzialne sa z definicji cząstkami posiadającymi barwę i podlegają klasyfikacji według rosnącego porządku długości fali: niebieski, zielony, żółty, czerwony. Kształt widma emisyjnego to kopalnia infromacji o obiekcie, z którego pochodzą dane fotony (określa jego wiek, skład chemiczny, temperaturę), a także o środowiskach, przez które przemkneły nasze drobiny światła podczas swej kosmicznej wędrówki.
Foton podczerwony (długośc fali - między 1000 a 1 000 000 nm)
Foton żółty (długość fali - około 590 nm)
Foton zielony (długość fali - około 540 nm)
Foton niebieski (długość fali - około 400 nm)
Planety zimne jak żelazo
Ten kawałek ma barwę niebieską. Spójrzcie na jego widmo emisyjne w temperaturze pokojowej (około 20oC) - kilka widzialnych fotonów podczerwonych, a więc niewidzialnych. Skąd się tu wzieły fotony widzialne? Z lampy rzecz jasna. Część fotonów wytworzonych przez żarówkę jest pochłoniana przez żelazko, zaś inna ich część (przede wszystkim fotony niebieskie) zostaje odbita w kierunku naszych oczu. Natomiast widmo emisyjne pozwala nam ujrzeć zgoła inny spektakl, która dla ludzkiego oka jest niewidoczny. Jak wszystkie ciała w temperaturze pokojowej, nasz kawałek żelaza wysyła strumień fotonów podczerwonych, których oko ludzkie nie widzi. Fotony podczerwone pojawiają się wszędzie tam, gdzie jest wydzielana energia cieplna, nawet w najbardziej mikroskopijjnych ilosciach. To im zawdzięczamy uczucie miłego ciepła, gdy wyciągamy ręce do płonącego kominka. Gdybyśmy mogli zanurzyć się w materii, zobaczyliśmy sieć rozderganych atomów żelaza. To właśnie owo rozdegranie jest źródłem energii cieplnej wyzwalającej się pod postacią fotonów podczerwonych. A co to wszystko ma współnego z planetami? Otóż wystarczy zamienić aktorów, pozostawiając ten sam scenariusz. W roli lampy obsadzimy Słońce, a w roli kawałka żelaza - jakąkolwiek planetę. Widmo emisyjne planety jest bardzo podobne do widma zimnego żelaza. Składa się więc z ogromnych ilości fotonów podczerwonych i znacznie mniejszych ilości fotono∑ widzialnych. I już mamy wytłumaczenie, czemu dziewięć krążących wokół Śłońca planet cechuje się tak mało wyrazistymi kolorami.
Czerwone barwy wojenne
Miedziana czerwień, ciemny oranż i smugi w kolorze zakrzepłej krwii - oto jak przedstawia się wojowniczy Mars kamerowany przez kamery kolejnych sond z serii Viking. Skąd się wzieły te niezwykłe barwy? Czy to ślady jakiejś straszliwej bitwy między marsjańskimi wojskami? Czy może w atmosferze Marsa unoszą się czerwone opary? Nie, gdyż otaczająca planetę warstwa gazów jest tak cienka, że ciśnienie atmosferyczne na jej powierzchni jest dwustukrotnie niższe niż na powierzchni Ziemi. Czerwono-pomarańczowy kolor Marsa to barwa jego bezpośrednio widocznej powierzchni. I jest on po prostu odzwierciedleniem jej składu chemicznego: bogactwo tlenków żelaza (występujących w trzykrotnie większych ilościach niż na Ziemi) ze śladami zakrzepłej lawy wulkanicznej, które wydają sie ciemniejsze, gdyż odbijają mniej światła słonecznego. Występujące na bieunach czapy polarne (mieszanina skał i zamarzniętej wody) mają barwę różowo-niebieską.
Gwiazdy rozgrzewane do czerwoności
Żelazo rozgrzewa sie do czerwoności w tempersaturze 1000oC. Gdybyśmy wówczas mogli na nie spojrzeć przez jakiś niezwykle potężny mikroskop, zapewnie doznalibyśmy równie potężnego zawrotu głowy. Wszystkie atomy drgają i w obłąkańczym tempie kręcą się wokół własnej osi. Większosć wydzielających się przy tym fotonów należy do zakresu energetycznego fotonów podczerwonych. Ale i spora liczba fotonów widzialnych, a więc barwnych , zaczyna coraz silniej bombardować siatkówkę naszych oczu. Wiele spośród nich leży w zakresie barwy cxzerwonej. Widmo emisyjne Betelgezy, gwiazdy należącej do konstelacji Oriona, jest bardzo zbliżone do widma rozgrzanego do czerwoności żelaza.
Nowo narodzone gwiazdy w różowej kołysce
W samym sercu widocznej na zdjęciu mgławicy, oreślanej symbolem M16, kłębi się gromada młodych gwiazd, które powstawały zaledwie kilka milonów lat temu. Gorące podlotki emitują światło białe lub niebieskie (słabo widoczne na naszej fotografii). Zaś otaczająca je mgławica nie ukrywa, w czyich barwach występuje: czerwień to nieomylny znak wszechobecnego wodoru.
Czerowny Kil
W widocznej gołym okiem na półkuli południowej mgławicy Kil (część mitycznego okrętu , na którym astronauci żeglowali w swej wielkiej podróży) można odnaleźć gwiazdę noszącą to samo imię. W połowie zeszłego wieku - z niewiadomych przyczyn - gwiazda Kil nagle pojaśniała. Przewaga czerwieni świadczy o dominacji wodoru, a ciemne partie zdradzają obecność olbrzymich obłoków pyłów gwiezdnych.
Znowu Darth Maul, tym razem nie we własnej osobie, lecz w postaci hologramu, czyli przestrzennej, trójwymiarowej fotografii. Sam pomsł hologramu, czyli przestrzennej , trójwymiarowej fotografii. Sam pomysł hologramu pojawił się dużo wcześniej , u nas na Ziemi. Na początku XX wieku wymyślił go polski fizyk Mieczysław Wolfke. Próbował on wywołać przestrzenny obraz holograficzny (jeszcze go tak wtedy nie nazywał) za pomocą żółtej lini lampy rtęciowej. Nie udało mu się, bo nie dysponował wówczas nieodzownym do wytwarzania hologramu źródłem światła - laserem skonstrułowanym dopiero 50 lat później.
Supernowa w różowych koronkach
Ta płątanina różowych włókien w niebieskie i białe kropki to jedyne ślady po ogromnej katastrofie, która tu nastąpiła: kosmiczne rumowisko, czyli pozostałości po wybuchu supernowej. Kiedyś znajdowała się tu olbrzymia gwiazda, która jakieś dziesięć tysięcy lat temu wybuchła i rozpadła się. Eksplozja spowodowała znaczny wzrost temperatury w okolicy, co doprowadziło do powstania kuli gorącego gazu o ściankach ze zjonizowanego wodoru. Oznacza to, że pod wpływem ciepła elektrony zostają oderwane od atomów wodoru, co zawsze wiąże się z emisją czerwonych fotonów. A ;ponieważ ten zakątek wszechświata, w którym krążą resztki naszej supernowej, jest przepełniony wodorem, trudno się dziwić, że dominują tu barwy czerwona i różowa.
Oślepiająco białe gwiazdy
Po przejściu studium barwy żółtej (gdy temperatura skacze do 2000oC) żelazo staje się oślepiająco białe. Wszystkie atomy w jego wnętrzu szaleją. Pod wpływem wibracji sieć atomów żelaza ulega rozpadowi, a sam metal przechodzi w stan płynny. elektrony wariują i emitują coraz więcej i więcej widzialnych fotonów, próbując się pozbyć atakującej je olbrzymiej masy energii. Wynik tego atmowego zamieszania daje się odczytać na widmie emisyjnym: ogromne ilości fotonów czerwonych, znacznie mniej niebieskich, żółtych, fioletowych .... któree w sumie widzimy w postaci strumienia białego światła. Podobne zjawiska zachodzą w przypadku białych gwiazd, takich jak słynny Syriusz (temperatura na powierzchni gwiazdy wynosi 8000oC). Czy istnieje bielszy odcień bieli? Inaczej mówiąc, czy istnieje coś gorętszego niż białe światło? Owszem - światło niebieskie. Znajdująca się w konstelacji Oriona gwiazda Alnilam (czyli Sznur Pereł), dziesięć tysięcy razy jaśniejsza od Słońca, wysyła taką liczbę fotonów niebieskich, że astronomom udało się ocenić panującą na jej powierzchni temperaturę. Wynosi ona 35 000 oC, a więc sześć razy więcej niż temperatura na powierzchni Słońca.
Trifid - daleki błękit
Niebiesko - różowy , przecinany ciemnymi pasmami Trifid (czyli trójlistna koniczyna) to mgławica leżąca w gwiazdozbiorze Strzelca. Centralnie rozmieszczona gromada gwiazd chłodniejszych wysyła niebiesko-białe światło, którego niebieski składnik ulega rozproszeniu przez cząsteczki pyłu dzięki czemu bardziej widoczny niż pozostałe kolory. Gwiazdy leżące poniżej są dla odmiany bardzo gorące (30 000oC) i emitują światło czerwone, co ponownie wskazuje na obecność wodoru.
Kolor jako identyfikator gazu
Wobrażam sobie jakąś sympatyczną gwiazdę, wyposażoną we wszelkie atrybuty, w które każda przyzwoita gwiazda wyposażona być powinna. A więc jądro (1), gdzie zachodzą reakcje nuklearne, otaczające jądro kornę (2) i gaz międzygwiezdny (@3), w którym krąży nasza bohaterka. Załóżmy, że skład tego gazu nie jest nam znany. Aby go zidentyfikować, astronom musi odtworzyć całą drogę, którą przebyły zarejestrowany fotony. Źródłem emisji jest rozgrzane do niesłychanych temperatur jądro gwiazdy, które wysyła fotony o energiach odpowiadającym wszystkim kolorom. W zależności od temperatury dominuje taki bądź inny kolor ( w przypadku Słońca jest to kolor żółto-pomaranczowy). W rozważanej przez nas sytuacji astronom stwierdza na podstawie analizy widma emisyjnego (4), że dana gwiazda wysyła światło białe. Następnie strumień fotonów przechodzi orzez koronę gwiazdy i gaz międzygwiezdny. Kolejna rejestracja fotonów po wyjściu z warstwy gazu i otrzymujemy kolejne widmo, zwane widmem absorpcyjnym. Przyjrzycie się (5): w zakresie światła czerwonego widać wyraźną przerwę. Dla astronoma wszystko jest jasne - to znowu sprawka wodoru. Aby to zrozumieć, trzeba się bliżej przyjrzeć zjaawiskom zachodzącym w atomie wodoru. Każdy taki atom można z grubsza przedstawić w postaci jądra z krążącym wokół niego elektronem. W stanie podstawowym elektron pozostaje w ściśle określonej odległości od jądra (6). Może się od niego oddalić, ale tylko w sposób skokowy, co jest związane z dokładnie określonym wydatkiem energetycznym. Jeśli elektron natknie się na foton przenoszący tę właśnie ilość energii, sprawa jest wygrana. Następuje absorbcja fotonu i przeskoczenie elektronu na wyższą orbitę (7). Po pewnym czasie elektron powraca na swoje pierwotne miejsce. W tym samym momencie następuje reemisja fotonu, ale już w innym kierunku (8). Ta zabawa fotonu i elektronu podlega jednej zadziwiającej regule: ten sam gaz absorbuje zawsze ten sam typ fotonów. Jest to znak szczególny gazu, równie charakterystyczny jak odciski palców człowieka. W naszym przykładzie mieliśmy do czynienia z wodorem - to on właśnie jest odpowiedzialny za absorbcję i reemisję fotonów czerwonych.
Zorze polarne
Zdarza się niekiedy, że nocą porą Słońce wdziera się na niebo, nie czekając, aż poranna Justrzenka przygotowuje świat na jego przybycie... Zachwycony tym zgoła bajkowym spektaklem staruszek Galileusz nadał mu nazwę, lecz jej autor sam nie bardzo rozumiał, na czym tak naprawdę polega zjawisko zorzy polarnej...
Wyobraźcie sobie wiosenną noc gdzieś w okolicy koła podbiegunowego. Nimal połowę kopuły niebieskiej pokrywa olbrzymia, majestatycznie falująca draperia, roztaczająca jaskrawozielone, rzadziej czerwonawe, zwoje - jedno z najbardziej malowniczych zjawisk w przyrodzie. Czasem wydaje się, że zorze sięgają szczytów gór lub chmur , ale to tylko złudzenie. Świecą bowiem bardzo wysoko, wyżej niż latają samoloty odrzutowe.
Lecz skąd się bierze zorza polarna? Otóż mechaznim jej powstania przypomina coś w rodzaju telewizji niebiańskiej, przekazuje informacje wysyłane przez Słońce.
Zajrzyjmy na chwilę do wnętrza telewizora. Umieszczona w kineskopie wyrzautnia elektronowa wytwarza naładowane cząstki (wlwktrony). Po przyśpieszeniu i zogniskowaniu wiązka elektronowa uderza w ekran luminescencyjny, który zaczyna świecić - pojawia się obraz telewizyjny. Mechanizm tworzenia się zorzy polarlnej jest zdumiewająco podobny.
Słońce bombarduje bieguny
Rolę "wyrzutni elektronowej" w telewizorze niebiańskim odgrywa po prostu Słońce. Nasza gwiazda emituje tzw. "wiatr słoneczny", wysyłany w sposób ciągły, choć ze zmiennym natężeniem. W rzeczywistości jest to strumień wędrujących w przestrzeni cząstek (protonów, elektronów itp.). Niektóre z nich są przechwytywane przez otaczające Ziemię pole magnetyczne. Cząstki ulegają wówczas przyśpieszeniu, podobnie jak ma to miejsce w kineskopie telewizora. Ogniskują się nad biegunami i uderzają w cząsteczki gazów w górnych warstwach atmosfery (na wysokości między 85 a 500 kilometrów), pełniące rolę ekranu fluorescencyjnego. Mieszkańcy Ameryki oglądają te przepiękne spektakle częściej niż Europejczycy, bo biegun magnetyczny Ziemi leży na terytorium Kanady.
Identyczny jest mechanizm tworzenia zórz w atmosferze Jowisza i Saturna. Wspaniałe fotografie tego zjawiska wykonane przez kosmiczny teleskop Hubble'a można obejrzeć w Internecie na stronie ww.stsci.edu .
Przygody skocznego elektronu i wędrownego fotonu
Skąd się biorą barwy zorzy polarnej? Ni mniej, ni więcej, tylko z samego serca materii. Wyobraźcie sobie pojedynczy atom tlenu, kołyszący się leniwie w atmosferze nad biegunem północnym. Jego elektrony mmogą przyjmować rozmaite stany, z których najbardziej stabilny nosi nazwę stanu podstawowego. W tym stanie atom ma minimalną ilość energii (1). I nagle .. paf. Nasz atom został trafiony przez cząstkę promieniowania słonecznego. Po zderzeniu sprawczyni oddala się w szaleńczą podróż po przestrzeni kosmicznej, ale pozostawia atomowi tlenu swoją "wizytówkę", czyli pewien ładunek energii. Energia ta zostaje przechwycona przez elektron uderzonego atomu, który to elektron przechodzi w stan pobudzony, równocześnie przeskakując na wyższą orbitę (2). Lecz jego pokojowa natura wkrótce wygrywa i elektron powraca do stanupodstawowego. Przy tej okazji musi jednak "zgubić" nadmiar energii. Pozbywa się go, emitując drobinę światła, zwaną fotonem (3). Foton wpada na siatkówkę naszego oka z niebagatelną prędkością 300 000 kilometrów. Atomy i cząstki tego samego pierwiastka emitują zawsze fotony o takiej . samej energii i takiej samej "barwie". W przypadku tlenu atomowego dłogość fali wynosi 578 nm (1 nanometr = 10^-9 m), co naszemu oku jawi się w postaci barwy zielonej; atomy azotu świecą purpurowoczerwono.
Gwiazdy w południe
Dlaczego w dzień jest jasno, a w nocy ciemno? Powiecie, że to głupie pytanie? Przecież w ciągu dnia świeci Słońce!
Ale dlaczego jasność dochodzi do nas ze wszystkich stron, z całego nieba, a nie tylko bezposrednio od Słońca? Czemu nie widzimy na czarnym tle nieba silnego słupa światła biegnącego od Słońca niczym z gigantycznego reflektora? Innymi słowy: co sprawia, że całe niebo jest jasne? I dlaczego ma kolor niebieski, a nie zielony albo żółty? W rzeczywistości światło, które dochodzi ze Słońca, jest białe. Na tę biel składa się jednak wiele barw, wszystkie kolory tęczy. Przechodząc przez atmosferę, światło rozprasza się na cząsteczkach gazu i zmienia kierunek biegu. Fizycy mówią, że następuje ugięcie fal. Najmocniej uginają się fale fioletowe i błękitne. Na kolor fioletowy nasze oko jest mało czułe, dlatego zdaje nam się, że w barwie nieba dominuje błękit. Oczywiście, im grubsza warstwa atmosfery znajdzie się na drodze promieni słonecznych na Ziemię, tym więcej światła się rozproszy i tym jaśniejsze wyda się nam się niebo. Kto podróżował samolotem, ten zapewne zauważył, że tam, na wysokości 10 kilometrów nad poziomem morza, gdzie atmosfera jest trzykrotnie rzadsza, niebo wydaje się ciemniejsze. Podobnie jest wysoko w górach - tam nawet w południe przy słonecznej pogodzie niebo ma granatową barwę i można dostrzec gwiazdy. Na Księżycu, gdzie atmosfery nie ma wogóle, gwiazdy na okrągło lśnią pośród czarnego firmamentu, a Słońce jest po prostu najjaśniejszą z nich.
Jesienna Szata Jowisza
Tło w różnych odcieniach ochry z różowymi żyłkowaniami, sjena palona za szczyptą żółcieni neapolitańskiej i chromowej. Wbrew pozorom nie jest to opis fresku z epoki włoskiego Renesansu, lecz powierzchni naszego poczciwego Jowisza. Jego barwy poznaliśmy dzięki obiektywom sondy Voyager, która przeleciała w odległości 28 milionów kilometrów od powierzchni planety. Masa Jowisza jest dwa i pół raza większa od masy wszystkich pozostałych planet Układu Słonecznego razem wziętych. Dlatego, dzięki grawitacji, otacza go wyjątkowo gruba warstwa atmosfery. Widoczne z daleka ciemne i jasne smugi to różnokolorowe chmury. Astronomów obowiązuje zaś jedna podstawowa zasada: inny kolor = inny skład chemiczny. Stąd wiedzą, że paleta barw Jowisza bierze się z obecnością wodoru (czerwień) i hel (żółć). A słynna, obserwowana od ponad 300 lat wielka Czerwona Plama to prawdopodobnie duże zakłócenie atmosferyczne, o rozmiarach trzykrotnie przekraczających wymiary kuli ziemskiej, coś w rodzaju nieustającej burzy z udziałem siarki i fosforu (mieszanina tych dwóch pierwiastków daje barwę pomarańczową).
Fotony - tajny agent astronomów
Astronomowie polują na fotony, przelatujące przez wszechświat we wszystkich możliwych kierunkach, na grzbiecie fali mknącej z predkością trzystu tysięcy kilometrów na sekundę.
Wyobraźcie sobie szereg fal, których długość - mierzona między dwoma kolejnymi grzbietami - stanowi znak szczególny fotonu, jego dowód tożsamości. Astronomowie, nieustraszeni łowcy fotonów, czuawją z okiem przyklejonym do lunety. niech no tylko jakiś foton maruder zastuka w płytkę detektora. Wszystkie upolowane fotony zostają uporządkowane według długości fali, tworząc tak zwane widmo emisyjne obserwowanego ciała niebieskiego, coś w rodzaju jego energetycznej fotograqfii. Fotony widzialne sa z definicji cząstkami posiadającymi barwę i podlegają klasyfikacji według rosnącego porządku długości fali: niebieski, zielony, żółty, czerwony. Kształt widma emisyjnego to kopalnia infromacji o obiekcie, z którego pochodzą dane fotony (określa jego wiek, skład chemiczny, temperaturę), a także o środowiskach, przez które przemkneły nasze drobiny światła podczas swej kosmicznej wędrówki.
Foton podczerwony (długośc fali - między 1000 a 1 000 000 nm)
Foton żółty (długość fali - około 590 nm)
Foton zielony (długość fali - około 540 nm)
Foton niebieski (długość fali - około 400 nm)
Planety zimne jak żelazo
Ten kawałek ma barwę niebieską. Spójrzcie na jego widmo emisyjne w temperaturze pokojowej (około 20oC) - kilka widzialnych fotonów podczerwonych, a więc niewidzialnych. Skąd się tu wzieły fotony widzialne? Z lampy rzecz jasna. Część fotonów wytworzonych przez żarówkę jest pochłoniana przez żelazko, zaś inna ich część (przede wszystkim fotony niebieskie) zostaje odbita w kierunku naszych oczu. Natomiast widmo emisyjne pozwala nam ujrzeć zgoła inny spektakl, która dla ludzkiego oka jest niewidoczny. Jak wszystkie ciała w temperaturze pokojowej, nasz kawałek żelaza wysyła strumień fotonów podczerwonych, których oko ludzkie nie widzi. Fotony podczerwone pojawiają się wszędzie tam, gdzie jest wydzielana energia cieplna, nawet w najbardziej mikroskopijjnych ilosciach. To im zawdzięczamy uczucie miłego ciepła, gdy wyciągamy ręce do płonącego kominka. Gdybyśmy mogli zanurzyć się w materii, zobaczyliśmy sieć rozderganych atomów żelaza. To właśnie owo rozdegranie jest źródłem energii cieplnej wyzwalającej się pod postacią fotonów podczerwonych. A co to wszystko ma współnego z planetami? Otóż wystarczy zamienić aktorów, pozostawiając ten sam scenariusz. W roli lampy obsadzimy Słońce, a w roli kawałka żelaza - jakąkolwiek planetę. Widmo emisyjne planety jest bardzo podobne do widma zimnego żelaza. Składa się więc z ogromnych ilości fotonów podczerwonych i znacznie mniejszych ilości fotono∑ widzialnych. I już mamy wytłumaczenie, czemu dziewięć krążących wokół Śłońca planet cechuje się tak mało wyrazistymi kolorami.
Czerwone barwy wojenne
Miedziana czerwień, ciemny oranż i smugi w kolorze zakrzepłej krwii - oto jak przedstawia się wojowniczy Mars kamerowany przez kamery kolejnych sond z serii Viking. Skąd się wzieły te niezwykłe barwy? Czy to ślady jakiejś straszliwej bitwy między marsjańskimi wojskami? Czy może w atmosferze Marsa unoszą się czerwone opary? Nie, gdyż otaczająca planetę warstwa gazów jest tak cienka, że ciśnienie atmosferyczne na jej powierzchni jest dwustukrotnie niższe niż na powierzchni Ziemi. Czerwono-pomarańczowy kolor Marsa to barwa jego bezpośrednio widocznej powierzchni. I jest on po prostu odzwierciedleniem jej składu chemicznego: bogactwo tlenków żelaza (występujących w trzykrotnie większych ilościach niż na Ziemi) ze śladami zakrzepłej lawy wulkanicznej, które wydają sie ciemniejsze, gdyż odbijają mniej światła słonecznego. Występujące na bieunach czapy polarne (mieszanina skał i zamarzniętej wody) mają barwę różowo-niebieską.
Gwiazdy rozgrzewane do czerwoności
Żelazo rozgrzewa sie do czerwoności w tempersaturze 1000oC. Gdybyśmy wówczas mogli na nie spojrzeć przez jakiś niezwykle potężny mikroskop, zapewnie doznalibyśmy równie potężnego zawrotu głowy. Wszystkie atomy drgają i w obłąkańczym tempie kręcą się wokół własnej osi. Większosć wydzielających się przy tym fotonów należy do zakresu energetycznego fotonów podczerwonych. Ale i spora liczba fotonów widzialnych, a więc barwnych , zaczyna coraz silniej bombardować siatkówkę naszych oczu. Wiele spośród nich leży w zakresie barwy cxzerwonej. Widmo emisyjne Betelgezy, gwiazdy należącej do konstelacji Oriona, jest bardzo zbliżone do widma rozgrzanego do czerwoności żelaza.
Nowo narodzone gwiazdy w różowej kołysce
W samym sercu widocznej na zdjęciu mgławicy, oreślanej symbolem M16, kłębi się gromada młodych gwiazd, które powstawały zaledwie kilka milonów lat temu. Gorące podlotki emitują światło białe lub niebieskie (słabo widoczne na naszej fotografii). Zaś otaczająca je mgławica nie ukrywa, w czyich barwach występuje: czerwień to nieomylny znak wszechobecnego wodoru.
Czerowny Kil
W widocznej gołym okiem na półkuli południowej mgławicy Kil (część mitycznego okrętu , na którym astronauci żeglowali w swej wielkiej podróży) można odnaleźć gwiazdę noszącą to samo imię. W połowie zeszłego wieku - z niewiadomych przyczyn - gwiazda Kil nagle pojaśniała. Przewaga czerwieni świadczy o dominacji wodoru, a ciemne partie zdradzają obecność olbrzymich obłoków pyłów gwiezdnych.
Znowu Darth Maul, tym razem nie we własnej osobie, lecz w postaci hologramu, czyli przestrzennej, trójwymiarowej fotografii. Sam pomsł hologramu, czyli przestrzennej , trójwymiarowej fotografii. Sam pomysł hologramu pojawił się dużo wcześniej , u nas na Ziemi. Na początku XX wieku wymyślił go polski fizyk Mieczysław Wolfke. Próbował on wywołać przestrzenny obraz holograficzny (jeszcze go tak wtedy nie nazywał) za pomocą żółtej lini lampy rtęciowej. Nie udało mu się, bo nie dysponował wówczas nieodzownym do wytwarzania hologramu źródłem światła - laserem skonstrułowanym dopiero 50 lat później.
Supernowa w różowych koronkach
Ta płątanina różowych włókien w niebieskie i białe kropki to jedyne ślady po ogromnej katastrofie, która tu nastąpiła: kosmiczne rumowisko, czyli pozostałości po wybuchu supernowej. Kiedyś znajdowała się tu olbrzymia gwiazda, która jakieś dziesięć tysięcy lat temu wybuchła i rozpadła się. Eksplozja spowodowała znaczny wzrost temperatury w okolicy, co doprowadziło do powstania kuli gorącego gazu o ściankach ze zjonizowanego wodoru. Oznacza to, że pod wpływem ciepła elektrony zostają oderwane od atomów wodoru, co zawsze wiąże się z emisją czerwonych fotonów. A ;ponieważ ten zakątek wszechświata, w którym krążą resztki naszej supernowej, jest przepełniony wodorem, trudno się dziwić, że dominują tu barwy czerwona i różowa.
Oślepiająco białe gwiazdy
Po przejściu studium barwy żółtej (gdy temperatura skacze do 2000oC) żelazo staje się oślepiająco białe. Wszystkie atomy w jego wnętrzu szaleją. Pod wpływem wibracji sieć atomów żelaza ulega rozpadowi, a sam metal przechodzi w stan płynny. elektrony wariują i emitują coraz więcej i więcej widzialnych fotonów, próbując się pozbyć atakującej je olbrzymiej masy energii. Wynik tego atmowego zamieszania daje się odczytać na widmie emisyjnym: ogromne ilości fotonów czerwonych, znacznie mniej niebieskich, żółtych, fioletowych .... któree w sumie widzimy w postaci strumienia białego światła. Podobne zjawiska zachodzą w przypadku białych gwiazd, takich jak słynny Syriusz (temperatura na powierzchni gwiazdy wynosi 8000oC). Czy istnieje bielszy odcień bieli? Inaczej mówiąc, czy istnieje coś gorętszego niż białe światło? Owszem - światło niebieskie. Znajdująca się w konstelacji Oriona gwiazda Alnilam (czyli Sznur Pereł), dziesięć tysięcy razy jaśniejsza od Słońca, wysyła taką liczbę fotonów niebieskich, że astronomom udało się ocenić panującą na jej powierzchni temperaturę. Wynosi ona 35 000 oC, a więc sześć razy więcej niż temperatura na powierzchni Słońca.
Trifid - daleki błękit
Niebiesko - różowy , przecinany ciemnymi pasmami Trifid (czyli trójlistna koniczyna) to mgławica leżąca w gwiazdozbiorze Strzelca. Centralnie rozmieszczona gromada gwiazd chłodniejszych wysyła niebiesko-białe światło, którego niebieski składnik ulega rozproszeniu przez cząsteczki pyłu dzięki czemu bardziej widoczny niż pozostałe kolory. Gwiazdy leżące poniżej są dla odmiany bardzo gorące (30 000oC) i emitują światło czerwone, co ponownie wskazuje na obecność wodoru.
Kolor jako identyfikator gazu
Wobrażam sobie jakąś sympatyczną gwiazdę, wyposażoną we wszelkie atrybuty, w które każda przyzwoita gwiazda wyposażona być powinna. A więc jądro (1), gdzie zachodzą reakcje nuklearne, otaczające jądro kornę (2) i gaz międzygwiezdny (@3), w którym krąży nasza bohaterka. Załóżmy, że skład tego gazu nie jest nam znany. Aby go zidentyfikować, astronom musi odtworzyć całą drogę, którą przebyły zarejestrowany fotony. Źródłem emisji jest rozgrzane do niesłychanych temperatur jądro gwiazdy, które wysyła fotony o energiach odpowiadającym wszystkim kolorom. W zależności od temperatury dominuje taki bądź inny kolor ( w przypadku Słońca jest to kolor żółto-pomaranczowy). W rozważanej przez nas sytuacji astronom stwierdza na podstawie analizy widma emisyjnego (4), że dana gwiazda wysyła światło białe. Następnie strumień fotonów przechodzi orzez koronę gwiazdy i gaz międzygwiezdny. Kolejna rejestracja fotonów po wyjściu z warstwy gazu i otrzymujemy kolejne widmo, zwane widmem absorpcyjnym. Przyjrzycie się (5): w zakresie światła czerwonego widać wyraźną przerwę. Dla astronoma wszystko jest jasne - to znowu sprawka wodoru. Aby to zrozumieć, trzeba się bliżej przyjrzeć zjaawiskom zachodzącym w atomie wodoru. Każdy taki atom można z grubsza przedstawić w postaci jądra z krążącym wokół niego elektronem. W stanie podstawowym elektron pozostaje w ściśle określonej odległości od jądra (6). Może się od niego oddalić, ale tylko w sposób skokowy, co jest związane z dokładnie określonym wydatkiem energetycznym. Jeśli elektron natknie się na foton przenoszący tę właśnie ilość energii, sprawa jest wygrana. Następuje absorbcja fotonu i przeskoczenie elektronu na wyższą orbitę (7). Po pewnym czasie elektron powraca na swoje pierwotne miejsce. W tym samym momencie następuje reemisja fotonu, ale już w innym kierunku (8). Ta zabawa fotonu i elektronu podlega jednej zadziwiającej regule: ten sam gaz absorbuje zawsze ten sam typ fotonów. Jest to znak szczególny gazu, równie charakterystyczny jak odciski palców człowieka. W naszym przykładzie mieliśmy do czynienia z wodorem - to on właśnie jest odpowiedzialny za absorbcję i reemisję fotonów czerwonych.
Zorze polarne
Zdarza się niekiedy, że nocą porą Słońce wdziera się na niebo, nie czekając, aż poranna Justrzenka przygotowuje świat na jego przybycie... Zachwycony tym zgoła bajkowym spektaklem staruszek Galileusz nadał mu nazwę, lecz jej autor sam nie bardzo rozumiał, na czym tak naprawdę polega zjawisko zorzy polarnej...
Wyobraźcie sobie wiosenną noc gdzieś w okolicy koła podbiegunowego. Nimal połowę kopuły niebieskiej pokrywa olbrzymia, majestatycznie falująca draperia, roztaczająca jaskrawozielone, rzadziej czerwonawe, zwoje - jedno z najbardziej malowniczych zjawisk w przyrodzie. Czasem wydaje się, że zorze sięgają szczytów gór lub chmur , ale to tylko złudzenie. Świecą bowiem bardzo wysoko, wyżej niż latają samoloty odrzutowe.
Lecz skąd się bierze zorza polarna? Otóż mechaznim jej powstania przypomina coś w rodzaju telewizji niebiańskiej, przekazuje informacje wysyłane przez Słońce.
Zajrzyjmy na chwilę do wnętrza telewizora. Umieszczona w kineskopie wyrzautnia elektronowa wytwarza naładowane cząstki (wlwktrony). Po przyśpieszeniu i zogniskowaniu wiązka elektronowa uderza w ekran luminescencyjny, który zaczyna świecić - pojawia się obraz telewizyjny. Mechanizm tworzenia się zorzy polarlnej jest zdumiewająco podobny.
Słońce bombarduje bieguny
Rolę "wyrzutni elektronowej" w telewizorze niebiańskim odgrywa po prostu Słońce. Nasza gwiazda emituje tzw. "wiatr słoneczny", wysyłany w sposób ciągły, choć ze zmiennym natężeniem. W rzeczywistości jest to strumień wędrujących w przestrzeni cząstek (protonów, elektronów itp.). Niektóre z nich są przechwytywane przez otaczające Ziemię pole magnetyczne. Cząstki ulegają wówczas przyśpieszeniu, podobnie jak ma to miejsce w kineskopie telewizora. Ogniskują się nad biegunami i uderzają w cząsteczki gazów w górnych warstwach atmosfery (na wysokości między 85 a 500 kilometrów), pełniące rolę ekranu fluorescencyjnego. Mieszkańcy Ameryki oglądają te przepiękne spektakle częściej niż Europejczycy, bo biegun magnetyczny Ziemi leży na terytorium Kanady.
Identyczny jest mechanizm tworzenia zórz w atmosferze Jowisza i Saturna. Wspaniałe fotografie tego zjawiska wykonane przez kosmiczny teleskop Hubble'a można obejrzeć w Internecie na stronie ww.stsci.edu .
Przygody skocznego elektronu i wędrownego fotonu
Skąd się biorą barwy zorzy polarnej? Ni mniej, ni więcej, tylko z samego serca materii. Wyobraźcie sobie pojedynczy atom tlenu, kołyszący się leniwie w atmosferze nad biegunem północnym. Jego elektrony mmogą przyjmować rozmaite stany, z których najbardziej stabilny nosi nazwę stanu podstawowego. W tym stanie atom ma minimalną ilość energii (1). I nagle .. paf. Nasz atom został trafiony przez cząstkę promieniowania słonecznego. Po zderzeniu sprawczyni oddala się w szaleńczą podróż po przestrzeni kosmicznej, ale pozostawia atomowi tlenu swoją "wizytówkę", czyli pewien ładunek energii. Energia ta zostaje przechwycona przez elektron uderzonego atomu, który to elektron przechodzi w stan pobudzony, równocześnie przeskakując na wyższą orbitę (2). Lecz jego pokojowa natura wkrótce wygrywa i elektron powraca do stanupodstawowego. Przy tej okazji musi jednak "zgubić" nadmiar energii. Pozbywa się go, emitując drobinę światła, zwaną fotonem (3). Foton wpada na siatkówkę naszego oka z niebagatelną prędkością 300 000 kilometrów. Atomy i cząstki tego samego pierwiastka emitują zawsze fotony o takiej . samej energii i takiej samej "barwie". W przypadku tlenu atomowego dłogość fali wynosi 578 nm (1 nanometr = 10^-9 m), co naszemu oku jawi się w postaci barwy zielonej; atomy azotu świecą purpurowoczerwono.
Gwiazdy w południe
Dlaczego w dzień jest jasno, a w nocy ciemno? Powiecie, że to głupie pytanie? Przecież w ciągu dnia świeci Słońce!
Ale dlaczego jasność dochodzi do nas ze wszystkich stron, z całego nieba, a nie tylko bezposrednio od Słońca? Czemu nie widzimy na czarnym tle nieba silnego słupa światła biegnącego od Słońca niczym z gigantycznego reflektora? Innymi słowy: co sprawia, że całe niebo jest jasne? I dlaczego ma kolor niebieski, a nie zielony albo żółty? W rzeczywistości światło, które dochodzi ze Słońca, jest białe. Na tę biel składa się jednak wiele barw, wszystkie kolory tęczy. Przechodząc przez atmosferę, światło rozprasza się na cząsteczkach gazu i zmienia kierunek biegu. Fizycy mówią, że następuje ugięcie fal. Najmocniej uginają się fale fioletowe i błękitne. Na kolor fioletowy nasze oko jest mało czułe, dlatego zdaje nam się, że w barwie nieba dominuje błękit. Oczywiście, im grubsza warstwa atmosfery znajdzie się na drodze promieni słonecznych na Ziemię, tym więcej światła się rozproszy i tym jaśniejsze wyda się nam się niebo. Kto podróżował samolotem, ten zapewne zauważył, że tam, na wysokości 10 kilometrów nad poziomem morza, gdzie atmosfera jest trzykrotnie rzadsza, niebo wydaje się ciemniejsze. Podobnie jest wysoko w górach - tam nawet w południe przy słonecznej pogodzie niebo ma granatową barwę i można dostrzec gwiazdy. Na Księżycu, gdzie atmosfery nie ma wogóle, gwiazdy na okrągło lśnią pośród czarnego firmamentu, a Słońce jest po prostu najjaśniejszą z nich.
Komentarze
Prześlij komentarz