Hvordan kan astronomer fortælle, hvad en fjerntliggende temperatur er?

Moderne astronomiske forskning har akkumuleret en forbløffende rigdom af viden om universet på trods af ekstreme begrænsninger for observation og dataindsamling. Astronomer rapporterer rutinemæssigt detaljerede oplysninger om objekter, der er billioner af kilometer væk. En af de væsentlige teknikker ved astronomisk undersøgelse involverer måling af elektromagnetisk stråling og udførelse af detaljerede beregninger for at bestemme temperaturen på fjerne objekter.

Fra temperatur til farve

Lysets farve udstråles af en stjerne afslører dens temperatur, og en stjernes temperatur bestemmer temperaturen på nærliggende objekter som planeter. Lys produceres, når ladede atompartikler vibrere og frigiver energi som lyspartikler, kendt som fotoner. Fordi temperatur svarer til en genstands indre energi, vil varmere genstande udsende fotoner med højere energi. Fotonernes energi bestemmer lysets bølgelængde eller farve; Lysets farve udledes således af et objekt en indikation af temperatur. Dette fænomen er dog ikke observeret, indtil en genstand bliver ekstremt varm - omkring 3.000 grader Celsius - fordi lavere temperaturer udstråler i det infrarøde spektrum i stedet for det synlige spektrum.

Heavenly Blackbodies

Konceptet med et sortlegeme er afgørende for at måle temperaturen på astronomiske objekter. Et sortlegeme er en teoretisk genstand, som helt absorberer energi fra alle bølgelængder af lys. Desuden er emissionen af ​​lys fra et sortlegeme ikke påvirket af objektets sammensætning. Det betyder, at et sortkrop udstråler lys i henhold til et bestemt spektrum af farver, der udelukkende afhænger af objektets temperatur. Stjerner er ikke ideelle blackbodies, men de er tæt nok til at tillade en nøjagtig tilnærmelse af temperaturen baseret på emissionsbølgelængder.

Mange bølgelængder, One Peak

En simpel visuel observation afslører ikke temperaturen af en stjerne, fordi temperaturen bestemmer toppemissionsbølgelængden, ikke den eneste emissionsbølgelængde. Stjerner synes generelt hvide, fordi deres emissionsspektre dækker en bred vifte af bølgelængder, og det menneskelige øje fortolker en blanding af alle farver som hvidt lys. Derfor bruger astronomer optiske filtre, der isolerer bestemte farver, så sammenligner de intensiteterne af disse isolerede farver for at bestemme den omtrentlige toppunkt i en stjernes emissionsspektrum.

Opvarmet af en stjerne

Planetemperaturer er vanskeligere at bestemme, fordi en planets absorptions- og emissionsegenskaber muligvis ikke svarer til absorptions- og emissionsegenskaberne hos en blackbody. En planetens atmosfære og overfladematerialer kan afspejle betydelige mængder lys, og en del af den absorberede lysenergi bevares af drivhuseffekten. Derfor estimerer astronomer temperaturen på en fjern planet gennem komplekse beregninger, der tegner sig for sådanne variabler som temperaturen på den nærmeste stjerne, planetens afstand fra stjernen, procentdelen af ​​lys, der afspejles, atmosfærens sammensætning og planetens rotations karakteristika.