A fehér fény az egyik legalapvetőbb és legtitokzatosabb, kézzel meg nem fogható természeti jelenség. Miközben a Nap mibenlétét évezredeken át fejtegettük, fényének jelentőségét esélyünk sem volt megérteni – egészen a legutóbbi évszázadokig. Csak az újkori tudomány volt képes arra, hogy központi csillagunk legnagyobb jótéteményét: a Nap fehér fényének titkát megfejtse
Rögtön kezdjük is a mindenkori tudósok egyik legnagyobbikával: miután megértette a gravitációt, az univerzumot összetartó erőt, Isaac Newton 1666-ban prizmát ragadott, és a fehér napfényt a szivárvány színeire bontotta. Sőt, utána ismét egyesítette azt fehér fénnyé, ezzel bizonyítva, hogy a napfény egy színes spektrum összessége, amit mi, emberek fehérként érzékelünk. Newton rájött, hogy a tárgyak színe abból a spektrumból származik, amit azok a fehér fényből szelektíven visszavernek. Ezzel Newton megfejtette a fehér napfény első titkát.
Ez azonban csak a kezdet volt. Joseph von Fraunhofer (aki gyerekmunkásként még szenet lapátolt, ám később a Bajorországi Optikai Intézet igazgatója lett) óriási felfedezést tett: 1814-ben a Nap fényét egy tökéletesített prizma- és résrendszeren engedte át, és észrevette, hogy a szivárványos spektrumban rejtélyes fekete elnyelési vonalak láthatóak. Sőt, minél jobban nézte, annál több vonalat fedezett fel. Ezekből 574-et írt le, a legerősebbeket az ábécé betűivel jelölte meg. Bár még nem értette fizikai mivoltában azt, amit látott, mégis az ő felfedezésére épült a kor, ha nem az egész csillagászat tudományának egyik legnagyobb áttörése.
Robert Bunsen és Gustav Kirchhoff német tudósok hevített kémiai elemekkel kísérleteztek (bizonyára sokaknak ismerős a Bunsen-égő kifejezés a kémiaórákról), és azt vették észre, hogy prizmával és réssel vizsgálva e kémiai elemek fényének spektrumában is találhatóak fekete elnyelési vonalak. Ráeszméltek egy döntő jelentőségű összefüggésre: minden hevített kémiai elemnek saját „vonalkódja”, vagyis színképe van, amely az adott elem elnyelési és kisugárzási vonalakból álló egyedi ujjlenyomata. Ez nem csupán új kémiai elemek és a színképelemzés felfedezéséhez vezetett, hanem valami egészen máshoz is. Kirchhoff – aki nem mellesleg Eötvös Loránd tanára is volt – a Nap felé fordította eszközét és tudását. Fraunhofer vonalait kémiai elemekkel tudta azonosítani, így elsőként bizonyította kémiai elemek jelenlétét csillagunk légkörében. Mindezt anélkül, hogy oda kellett volna utaznia a Napra.
Ez volt az asztrofizika születésének pillanata!
1859-től így lehetőség nyílt a Nap, a csillagok és azóta távoli csillagködök és galaxisok színképelemzésére is. Amikor egy tudományos felfedezés arról szól, hogy egy soha nem látott exobolygó légkörében vizet találtak, akkor gondoljunk arra, hogy a csillagászok nem viccelnek, csupán elképesztően pontos spektrumanalízist hajtanak végre óriástávcsővel egy távoli csillagon, amely előtt saját bolygója haladt át. De ne szaladjunk ennyire előre, szükség volt még további áttörésekre is!
Az 1800-as évek második felére sok kémiai elem színképét sikerült a Napon kimutatni, olyat is, amit a Földön akkor még nem találtak meg. Ilyen volt például a hélium, egy olyan elem, amit a Napban fedeztek fel először. Továbbá a koronium, amelyet a napkoronában mutattak ki. Erről később kiderült, hogy a vas egy 16-szorosan ionizált változata, amit egyszerűen laboratóriumban nem tudtak reprodukálni. Hogy is tudták volna? A napkorona 1,5 millió °C-os hőmérséklete megmagyarázhatatlanul extrém.
Most akkor végül is miből van a Nap? Héliumból? Vasból? Az 1900-as évek elején erősen tartotta magát az az elképzelés, hogy a Nap a Földhöz hasonlóan főként szilíciumból és vasból áll. Színre lépett azonban a 20. század egyik legnagyobb hatású, de legkevésbé ismert női csillagásza, az angol Cecilia Payne. Akkoriban nők egyetemen nem kaphattak diplomát sem, nemhogy professzori rangot. Ennek ellenére – néhány csillagász támogatásával – a Harvard Egyetemen 1925-ben doktori értekezést írhatott, amelynek témája a Nap kémiai összetétele volt. Megcáfolta a téves feltételezést, miszerint a spektrumvonalak erőssége a hozzájuk tartozó kémiai elemek gyakoriságát jelenti. Zsenialitása abban rejlett, hogy segítségül hívta a kor nagy vívmányát, a kvantummechanikát. Lerántotta a leplet a Nap fő kémiai alkotóeleméről – mely bizony nem a szilícium volt! Ez az elem a Napban egymilliószor volt gyakoribb, mint egy tetszőleges, átlagos földi kémiai elem, például a vas. Felfedezése annyira mellbevágó volt, hogy mentorai – a kor legnagyobb csillagászai – beleíratták a dolgozatba, hogy az eredménye „szinte biztosan nem valóságos”. Payne azonban itt nem állt meg. Amikor távoli csillagok spektroszkópiájával kezdett foglalkozni, megértette, hogy a Nap és más csillagok spektruma közötti különbséget nem a kémiai összetétel, hanem az eltérő csillag-légkör hőmérséklet okozza. Így felismerte azt is, hogy a legtöbb csillag – beleértve a Napot is – azonos kémiai összetételű. Sőt, még tovább ment. Mivel a csillagok tömege az univerzum anyagának jelentős részét teszi ki, következésképpen az az elem, amely a csillagokban a leggyakoribb, az univerzumban is az lesz.
Ami 100 éve elképzelhetetlen volt, az Cecilia Payne-nek köszönhetően mára egyértelmű tény: az univerzum leggyakoribb eleme a hidrogén.
Ez a tudás pedig nem onnan származik, hogy merőkanállal vödörbe merve megmértük távoli galaxisok összetevőit, hanem először a Nap, majd más csillagok színképét a tudomány és csillagászat nagyszerű elméi mint titkos rejtvényt fejtettek meg. A titkos kód pedig ezen a felvételen is látható: a fehér fény spektruma.
Amennyiben rendszeresen szeretné olvasni lapunkat, fizessen elő kedvezményes áron!
Előfizetek
