Licht en astronomie

Wanneer sterrenkijkers 's nachts naar buiten gaan om naar de lucht te kijken, zien ze het licht van verre sterren, planeten en sterrenstelsels. Licht is cruciaal voor astronomische ontdekking. Of het nu van sterren of andere heldere objecten komt, licht is iets dat astronomen de hele tijd gebruiken. Menselijke ogen "zien" (technisch gezien "detecteren" ze) zichtbaar licht. Dat is een onderdeel van een groter lichtspectrum, het elektromagnetische spectrum (of EMS) genaamd, en het uitgebreide spectrum is wat astronomen gebruiken om de kosmos te verkennen.

Het elektromagnetisch spectrum

Het EMS omvat het volledige bereik van bestaande golflengten en lichtfrequenties: radiogolven, magnetron, infrarood, visueel (optisch), ultraviolet, röntgenstralen en gammastralen. Het deel dat mensen zien is een heel klein stukje van het brede spectrum van licht dat wordt afgegeven (uitgestraald en gereflecteerd) door objecten in de ruimte en op onze planeet. Het licht van de maan is bijvoorbeeld eigenlijk licht van de zon dat er vanaf wordt gereflecteerd. Menselijke lichamen zenden ook (stralend) infrarood uit (soms ook wel warmtestraling genoemd). Als mensen konden zien in het infrarood, zou het er heel anders uitzien. Andere golflengtes en frequenties, zoals röntgenstralen, worden ook uitgezonden en gereflecteerd. Röntgenstralen kunnen door objecten gaan om botten te verlichten. Ultraviolet licht, dat ook onzichtbaar is voor mensen, is behoorlijk energiek en is verantwoordelijk voor een verbrande huid.

De eigenschappen van licht

Astronomen meten veel eigenschappen van licht, zoals helderheid (helderheid), intensiteit, de frequentie of golflengte en polarisatie. Met elke golflengte en frequentie van licht kunnen astronomen objecten in het universum op verschillende manieren bestuderen. De snelheid van het licht (299.729.458 meter per seconde) is ook een belangrijk hulpmiddel bij het bepalen van de afstand. De Zon en Jupiter (en vele andere objecten in het universum) zijn bijvoorbeeld natuurlijke zenders van radiofrequenties. Radioastronomen kijken naar die emissies en leren over de temperaturen, snelheden, druk en magnetische velden van het object. Eén veld van radioastronomie is gericht op het zoeken naar leven op andere werelden door signalen te vinden die ze kunnen verzenden. Dat wordt de zoektocht naar buitenaardse intelligentie (SETI) genoemd.

Welke lichteigenschappen vertellen astronomen

Astronomieonderzoekers zijn vaak geïnteresseerd in de helderheid van een object, wat de maat is voor hoeveel energie het in de vorm van elektromagnetische straling uitstraalt. Dat vertelt hen iets over activiteit in en rond het object.

Bovendien kan licht van het oppervlak van een object worden "verstrooid". Het verstrooide licht heeft eigenschappen die planetaire wetenschappers vertellen uit welke materialen dat oppervlak bestaat. Ze kunnen bijvoorbeeld het verstrooide licht zien dat de aanwezigheid van mineralen in de rotsen van het Marsoppervlak, in de korst van een asteroïde of op aarde onthult. 

Infrarood onthullingen

Infraroodlicht wordt afgegeven door warme objecten zoals protosterren (sterren die worden geboren), planeten, manen en bruine dwergvoorwerpen. Wanneer astronomen een infrarooddetector bijvoorbeeld op een wolk van gas en stof richten, kan het infraroodlicht van de protostellaire objecten in de wolk door het gas en het stof gaan. Dat geeft astronomen een kijkje in de stellaire kwekerij. Infraroodastronomie ontdekt jonge sterren en zoekt naar werelden die niet zichtbaar zijn op optische golflengtes, inclusief asteroïden in ons eigen zonnestelsel. Het geeft hen zelfs een kijkje op plaatsen zoals het centrum van onze melkweg, verborgen achter een dikke wolk van gas en stof. 

Voorbij het optische

Optisch (zichtbaar) licht is hoe mensen het universum zien; we zien sterren, planeten, kometen, nevels en sterrenstelsels, maar alleen in dat nauwe bereik van golflengten dat onze ogen kunnen detecteren. Het is het licht dat we hebben ontwikkeld om met onze ogen te 'zien'. 

Interessant genoeg kunnen sommige wezens op aarde ook in het infrarood en ultraviolet kijken, en anderen kunnen magnetische velden en geluiden waarnemen (maar niet zien) die we niet direct kunnen waarnemen. We zijn allemaal bekend met honden die geluiden kunnen horen die mensen niet kunnen horen. 

Ultraviolet licht wordt afgegeven door energetische processen en objecten in het universum. Een object moet een bepaalde temperatuur hebben om deze vorm van licht uit te stralen. Temperatuur is gerelateerd aan energierijke gebeurtenissen en daarom zoeken we naar röntgenemissies van dergelijke objecten en gebeurtenissen als nieuw gevormde sterren, die behoorlijk energiek zijn. Hun ultraviolet licht kan moleculen van gas uit elkaar scheuren (in een proces dat fotodissociatie wordt genoemd), daarom zien we pasgeboren sterren vaak "wegeten" aan hun geboortewolken. 

Röntgenstralen worden uitgezonden door nog MEER energetische processen en objecten, zoals stralen van oververhit materiaal die van zwarte gaten wegstromen. Supernova-explosies geven ook röntgenstralen af. Onze zon zendt enorme röntgenstralen uit wanneer hij een zonnevlam oplicht.

Gammastralen worden afgegeven door de meest energieke objecten en gebeurtenissen in het universum. Quasars en hypernova-explosies zijn twee goede voorbeelden van gammastraalzenders, samen met de beroemde "gammastraaluitbarstingen". 

Verschillende vormen van licht detecteren

Astronomen hebben verschillende soorten detectoren om elk van deze vormen van licht te bestuderen. De beste bevinden zich in een baan rond onze planeet, weg van de atmosfeer (die licht beïnvloedt als het erdoorheen gaat). Er zijn een aantal zeer goede optische en infrarood-observatoria op aarde (grondobservatoria genoemd), en deze bevinden zich op zeer grote hoogte om de meeste atmosferische effecten te voorkomen. De detectors "zien" het binnenkomende licht. Het licht kan naar een spectrograaf worden gestuurd, wat een zeer gevoelig instrument is dat het binnenkomende licht in zijn samenstellende golflengtes breekt. Het produceert "spectra", grafieken die astronomen gebruiken om de chemische eigenschappen van het object te begrijpen. Een spectrum van de zon vertoont bijvoorbeeld zwarte lijnen op verschillende plaatsen; die lijnen geven de chemische elementen aan die in de zon bestaan.

Licht wordt niet alleen in de astronomie gebruikt, maar in een breed scala van wetenschappen, waaronder de medische professie, voor ontdekking en diagnose, chemie, geologie, natuurkunde en engineering. Het is echt een van de belangrijkste hulpmiddelen die wetenschappers hebben in hun arsenaal aan manieren waarop ze de kosmos bestuderen.