Spektraltyperna För Våren Nätter

0
128

Gömda i subtila nyanser av stjärnorna är nycklarna till deras temperaturer och kompositioner. Bekanta dig med de klassiska OBAFGKM spektrala sekvens genom riktiga stjärnor du kan se på en vårnatt.

Strass, gjord av glas och används i smycken, bryter och sända ljus på ett sätt tilltalande för ögat.
Pschemp / Wikimedia Commons / CC-BY-SA-3.0

Färg har alltid varit en källa till förundran för mig. Jag minns den skimrande, refraktiv färger av min mormors strass smycken när jag var barn. Till denna dag, skära glas fånga solen gör mig fortfarande ooh och aah. På natten, stjärnor ersättning för strass. Deras färger kan vara mer subtil, men de flare med samma klarhet och brand.

När det kommer till stjärnor, färg innehåller värdefull information om temperatur och sammansättning. Engelska kemisten William Wollaston passerade Solens ljus genom ett prisma 1802 och upptäckte att det var korsade med fina, mörka linjer. Han antog att det var naturliga gränser mellan färgerna. Tyska optiker Joseph Fraunhofer mätt och katalogiseras 574 sådana linjer i början av 1800-talet fortfarande känt till denna dag som “fraunhoferlinjer”.

Inte förrän i början av 1860-talet, när den engelske astronomen William Huggins matchade några av de mörka “absorption” – raderna i Solens spektrum med dem i markbundna ämnen, har astronomerna kommit att förstå att stjärnor består av välkända material, inte några exotiska femte elementet, eller inbegripen, som Aristoteles hade trott.

En varm, tät objekt, till exempel en stjärna avger ett kontinuerligt spektrum (centrum), men när ljuset passerar genom stjärnan är svalare, förfinade yttre lager, diskreta färger av det absorberas av atomer känsliga för dessa färger, lämnar smala luckor i spektrumet (till höger) kallas absorption linjer.
Bob King

Varma, täta objekt som volfram glödtråden i en glödlampa eller en elektrisk spis brännare ger av varje färg av ljus och avger en linje-gratis, kontinuerligt spektrum som ser ut som en regnbåge. En stjärna är också varm och tät, och bildar ett kontinuerligt spektrum. Men innan ljuset når dina ögon, det måste passera genom svalare, mindre tät gas i stjärnans yttre lager. Där atomer i gasen absorberar den specifika färger av ljus, lämnar smala luckor eller linjer i spektrumet.

Det förenklade solens spektrum visar flera viktiga fraunhoferlinjer. Den nära paret av “D-linjer” motsvarar natrium, G och E linjer från järn -, H-och K från kalcium och C och F från väte.
Public Domain

Atomer och molekyler i en stjärna yttre hölje avslöja sin identitet med hjälp av de mönster av linjer som de producerar. Varje enskilt element och förening som producerar sin egna unika uppsättning. Eftersom nästan varje stjärna visar absorption linjer, astronomer kunde använda de mönster som de såg i solens och stjärnornas spektra som “fingeravtryck” för att söka sin sammansättning.

Annie Jump Cannon vid sitt skrivbord vid Harvard College Observatory.
Smithsonian Institution

Olika stjärnor visa olika spektra. Vissa har bara svaga linjer, medan andra saknas bitar av färg. I slutet av 19th century, har astronomerna var att utveckla system för att klassificera spectra De mest produktiva klassificerare, Annie Jump Cannon, arbetade som assistent till Harvard College Observatory direktör, Edward C. Pickering, och skapat en katalog av 325,300 stellar spectra med början på 1920-talet. Förenkla tidigare, mer komplicerade system, Kanon uppdelad stjärnor i sju kategorier, som var och en har tilldelats en bokstav.

Även om de inte fullt ut förstod på den tiden, hennes förutseende beställning stjärnor klassificeras enligt deras yttemperatur, från de hetaste blå-vit supergiants den coolaste röda dvärgar med detta brev sekvens: O B A F G K M.

För att hjälpa oss att komma ihåg att denna outtalbara akronym, någon, eventuellt Kanon sig själv, föreslog mnemonic “Åh, vara en fin flicka, kyss mig!”, som sedan övergick till mer jämlika “Åh, vara en bra tjej/kille, kyss mig!” Om det inte passar dig, överväga dessa andra hittade även trolling Webben:

Bara dåliga astronomer känns bra att veta mnemonics
Endast pojkar acceptera feminism få kysste på ett meningsfullt sätt
Oh boy, en annan Ferengi få pengar Klingonska
Odysseus bad Athena för vägledning döda många rejäla Trojaner (detta inkluderar den nya L-och T-dvärg klassificeringar)
En brutal astronomen kämpade gnarly karate monster

Jag skulle kunna fortsätta, men …

Denna karta visar himlen mot sydväst i skymningen i början av April. Alla sju grundläggande spektrala klasser är synlig med blotta ögat i Orion, som sträcker sig från Rigel (magnitud +0) Pi-2 (+4.3).
Stellarium; Diagram: Bob King

Ett annat sätt att komma ihåg och uppskatta färgerna i den spektrala klasser är att bekanta sig med de verkliga stjärnorna bakom bokstäverna. Den tidiga våren sky erbjuder upp blotta ögat stjärnor av sju spektraltyperna. Jag har tagit två kartor för att hjälpa dig att hitta dem. Visar alla sju inom gränserna för ett enda stjärnbilden Orion. Andra visar bara de ljusaste företrädare i många olika konstellationer.

Denna karta visar himlen mot söder på kvällen i början av April. Alla spektraltyperna ses som varierar i ljusstyrka från Sirius (-1.4) till Pollux (1.1).
Stellarium; Diagram: Bob King

Temperaturer över klasser varierar från 50 000 K (90,000°F) för massiva O stjärnor som Alnitak i Orions Bälte till 5,780 K (10,000°F) till sol och ner till 2 500 K (Cirka 4 000°F) för att den coolaste supergiants. Så långt som bor chill, Betelgeuse, med en yttemperatur på omkring 3 200 K (Med 5 300°F), är den coolaste, lätt synlig stjärna på början av April kvällarna.

Ett diagram över spektraltyperna med information om temperatur, färg och vilka grundämnen och föreningar att visa upp i varje spektralklass.
Eugene R. Zizka

Varje klass är indelad i 10 underklasser, numrerade från 0 till 9 (vår Sol är en G2-stjärniga egenskaper som ett mellanting mellan G och F). Ytterligare, temperatur definieras som atomer och molekyler visa upp i stjärnans spektrum. I flammande O stjärnor, brännande hetta joniserar helium, en mycket tuff sak att göra, eftersom den gas som har sina elektroner tätt och avsky till en del med dem. Spektra av kylare M stjärnor är täckt av ett bekant atomic absorption linjer av “metaller” (andra grundämnen än väte och helium) och molekylär linjer från titanoxid, koldioxid-molekyler, och även vatten.

Det spektra av 13 stjärnor i O B A F G K M sekvens som visar hur mer absorption linjer förändras med temperaturen. En stjärnas färg avser att dess temperatur, en viktig faktor vid fastställandet av vad som atomer och molekyler lämna sina fingeravtryck i dess spektrum.
NOAO / AURA / NSF

Allt detta kan du se med dina egna ögon med hjälp av en visuell spektroskopet. Jag har en Regnbåge Optik modell som gör ett bra jobb visar den klassiska väte Balmer linje absorptioner i Sirius och Vega (En-stjärnor) och den lummiga ränder i Betelgeuse. När du inser att du ser det inre arbetet i atomer hundratals ljusår bort, det känns nästan som att röra en stjärna.

Strass. Undrar om färgen går djupare än vi någonsin kunnat föreställa oss.