Каждый человек в этом мире уникален. И даже если он имеет близнеца, то есть свою биологическую копию, подпись, которую ставит на документах каждый из близнецов будет разной.
То же самое можно сказать и о химических элементах. Каждый из них имеет свою «подпись». И по этому признаку астрономы и прочие исследователи могут определить из чего состоит та или иная звезда. Или другой космический объект.
Химики говорят, что каждый химический элемент имеет свой спектр. И изучение этих спектров получило выразительное название «спектроскопия». Работает спектроскопия так: по сути, это разложение света (или другого электромагнитного излучения) на составляющие его элементы, которые мы и называем спектром. Хороший пример подобного явления – всем известная с детства радуга, один из концов которой всегда указывает на зарытый гномами горшочек с золотом (шутка).
Радуга – это «разложенный» на составляющие из-за переотражения в каплях воды спектр солнечного света.
Светится всё
Химикам давно известно, что образцы любого материала, неорганического или нет, можно нагреть до такой степени, что они начинают излучать свет. Различные химические элементы поглощают и излучают свет по-разному. И анализ их спектров позволяет определить химический состав того или иного материала. Это становится возможным вследствие того, что излучение определённого цвета имеет соответствующую частоту и длину волны. Частота света, излучаемого или поглощаемого атомом или молекулой, зависит от их структуры и возможных параметров движения.
Химики обычно используют спектроскопию применительно к земным делам. Однако этот метод исследования окружающего нас пространства гораздо более универсален. Потому что есть люди, которые зачарованно смотрят в свои телескопы в космос. Они очень хотят узнать всё о Вселенной, которая нас окружает. И для этих людей спектроскопия – это просто волшебное изобретение. Которое имеет почти магические свойства.
Почему? Да потому, что этот метод позволяет узнать химический состав атмосферы какой-нибудь далёкой планеты, звезды или туманности. При этом туда совершенно не нужно лететь. И даже не нужно отправлять туда зонд. Например, можно запросто изучить газы, присутствующие на Солнце. И для этого не нужно лететь туда ночью, чтобы избежать риска обжечься или ослепнуть (шутка).
Применительно к астрономии спектроскопия позволяет точно определять спектральный класс звёзд и этап их эволюции. Вся информация, которая нам известна о далёких объектах нашей Вселенной, принесена нам светом. В этом и заключается «магия» спектроскопии.
Шутка космоса
Однако однажды спектроскопия хорошенько «пошутила» над незадачливыми учёными. Дело было так.
В 1859 г. немцы Густав Кирхгоф (1824-1887) и Роберт Бунзен (1811-1899) разработали экспериментальные основы интерпретации спектров самых разнообразных веществ. И астрономам очень понравилась эта идея. Они затеяли настоящую охоту за спектрами звёзд!
И во время одного из таких «сафари» случилось фантастическое открытие: был обнаружен химический элемент, доселе неизвестный на Земле!
Это событие произошло 29 августа 1864 года, когда астроном-любитель Уильям Хаггинс (1824-1910) изучал спектры звёзд, используя свой личный телескоп. Он знал, что эти спектры должны быть подобны спектру Солнца, которое, кстати, тоже является звездой (шутка).
Всё вроде бы шло нормально, пока Хаггинс не решил от скуки понаблюдать спектр туманности Кошачий глаз в созвездии Дракона. И о чудо! Астроном увидел в эмиссионном спектре туманности две зеленоватые линии!
Исследователь знал, что такой спектр не соответствует ни одному химическому элементу или соединению. И поэтому сообщил куда следует о своём открытии.
Это небулий!
Учёные были в растерянности. Они тщетно пытались всячески комбинировать все известные газы. Однако не смогли воспроизвести эти линии. И в итоге пришли к выводу, что за них отвечает ничто иное, как новый химический элемент! Они назвали его «небулий». От латинского «небула», что означает «туманность».
Химики и физики пытались вычислить свойства небулия. Они ломали голову, где он должен оказаться в таблице Менделеева. И даже намеревались отправить экспедицию куда-нибудь на крайний Север или Юг, не так важно, на поиски загадочного элемента. И организовали сбор денег на это дело. Но всё было зря. Ситуация выходила из-под контроля. Мир замер в напряжении.
И только в 1927 году все облегчённо вздохнули. Потому что американский астрофизик Айра Боуэн (1898-1973) вдруг заявил, что никакого небулия на самом деле не существует. А наблюдаемый спектр принадлежит дважды ионизированному атому кислорода. Учёный указал на то, что его коллеги, пытаясь воспроизвести спектр туманностей, упустили из виду низкое давление, существующее в этих космических облаках. Тедь там присутствует всего около тысячи атомов на кубический сантиметр.
Аналогично объяснялись и дополнительные, более слабые линии.
Учиться, учиться и ещё раз учиться
Какой же вывод можно сделать из всей этой странной истории? Он прост. Спектроскопия, пожалуй, один из величайших инструментов науки. И она позволяет нам узнавать то, о чём говорит с нами Вселенная с помощью света.
Вот только бы научиться этим инструментом правильно пользоваться…