Viena geriausių kada nors sukurtų mūsų šlovingosios Saulės šviesos spektro vizualizacijų atskleidžia paslaptingas „skyles“ jos spalvų juostoje.
Dauguma tūkstančių tamsiųjų Fraunhoferio linijų Saulės vaivorykštėje jau susietos su tam tikrais elementais Saulės atmosferoje, kurie sugeria šviesą konkrečiu bangos ilgiu.
Tačiau net ir po dešimtmečius trunkančių aukštos raiškos Saulės spektroskopijos tyrimų vis dar išlieka spektrinių linijų, kurių kilmė nėra aiškiai nustatyta. Tai tikrai ne dėl pastangų stokos – Saulė yra užsispyręs ir klastingas dangaus kūnas, kurio paslaptis atskleisti stulbinamai sunku.
Saulės šviesa – ne tokia paprasta, kaip atrodo
Nors mums atrodo, kad Saulė šviečia baltai, visas jos šviesos spektras yra daug sudėtingesnis. Toliau pateikiamas visas Saulės spektras, sudarytas iš stebėjimų, atliktų JAV Nacionalinėje Saulės observatorijoje Kito Pikui (Kitt Peak) 9-ajame dešimtmetyje.
Spektre iš karto krenta į akis keli dalykai. Pirma – šviesa ryškiausia geltonai žalios spalvos bangos ilgiuose, nors danguje Saulės spinduliai atrodo visiškai bespalviai (vis dėlto niekada nežiūrėkite į Saulę be akių apsaugos).
Kita akivaizdi ypatybė – tamsios juostelės spektre. Tai Fraunhoferio linijos, pavadintos vokiečių fiziko Jozepo fon Fraunhoferio garbei, kuris jas aprašė dar 1814 m. Apie jas žinome daugiau nei 200 metų, ir jų susidarymo mechanizmas gana gerai ištirtas.
Kas yra Fraunhoferio linijos?
Šios tamsios juostelės yra sugerties linijos. Panašios struktūros matomos kiekvienos žvaigždės ir galaktikos spektre, jei tik pavyksta jį užfiksuoti. Jas sukuria atomai ir molekulės Saulės atmosferoje, sugeriantys fotonus atitinkamu bangos ilgiu. Skirtingi elementai sugeria skirtingus šviesos bangos ilgius, todėl unikalus sugerties linijų raštas tampa tarsi konkretaus elemento „pirštų atspaudu“.
Tai labai išradingas būdas nustatyti, kokie elementai yra žvaigždžių, galaktikų ar net planetų atmosferose. Tačiau praktiškai tai kur kas sudėtingiau, ypač kai matomi keli persidengiantys „pirštų atspaudai“.
Vis dėlto dauguma Fraunhoferio linijų jau identifikuotos, ir būtent taip žinome, kad Saulė – kaip ir dauguma žvaigždžių – sudaryta daugiausia iš vandenilio ir helio, bet joje taip pat yra ir deguonies, natrio, kalcio bei net menkų gyvsidabrio kiekių.
Nuo Didžiojo sprogimo iki dabarties
Šios žinios – ne šiaip smalsumo patenkinimas. Kai gimė Visata, ji buvo beveik vien tik vandenilis su nedideliu helio kiekiu.
Taip yra iš esmės ir dabar, tačiau jau gerokai mažesne dalimi, nes gimus žvaigždėms jų gelmėse pradėjo vykti branduolinės reakcijos, kurių metu iš lengvųjų atomų susidaro sunkesni elementai. Vėliau žūvančios žvaigždės šiuos elementus išmeta į erdvę, o jų sprogimai sukuria dar sunkesnius.
Vėlesnės žvaigždžių kartos susiformavo jau iš medžiagos, praturtintos šiais sunkiaisiais elementais. Todėl elementų, sunkesnių už helį, kiekis ir įvairovė žvaigždėje yra priemonė, leidžianti mokslininkams įvertinti jos amžių. Tikrai įspūdinga.
Saulė – geriausiai ištirta žvaigždė, bet vis dar su paslaptimis
Saulė yra artimiausia mums žvaigždė, todėl jos spektriniai duomenys yra patys išsamiausi.
Ir vis dėlto šiuose duomenyse šimtai stebėtų sugerties struktūrų iki šiol nesusietos su jokiais žinomais cheminiais procesais arba nesutampa su vadinamaisiais sintetiniais spektrais – tai yra modeliuojamu spektru, gautu „sukūrus“ dirbtinę Saulę pagal jos temperatūrą, gravitaciją, atmosferos sandarą ir kitus parametrus.
Šiam neatitikimui yra kelios priežastys, išsamiai aprašytos 2017 m. publikacijoje, skirtoje konkrečioms trūkstamoms linijoms tirti.
Neišsamios duomenų bazės ir sudėtinga Saulės atmosfera
Tikriausiai didžiausia mįslės dalis slypi tame, kad šiandieninės atominių ir molekulinių linijų duomenų bazės, nors ir labai gausios, vis dar yra nepilnos. Norint patikimai nustatyti konkretaus atomo ar molekulės spektrinį „pirštų atspaudą“, reikia daug bandymų ir patvirtinimų, o kai kurios elementų grupės, pavyzdžiui, geležies grupė, yra itin sudėtingos.
Didelė problemos dalis slypi ir pačioje Saulėje – jos atmosfera dinamiška ir nepastovi, joje dominuoja konvekcija ir chaotiškai kintantys magnetiniai laukai, kurie keičia sugerties linijų išvaizdą.
Rezultatas – vis dar nepaaiškintų linijų rinkinys Saulės spektre, kurių bangos ilgiai nesutampa su sintetiniais spektrais ir kurių negalima priskirti jokiai žinomai atominei ar molekulinei sugerties linijai.
Neišspręstos mįslės – mokslo variklis
Ir iš tikrųjų tai gana nuostabu: net po kelių šimtmečių kruopštaus tyrinėjimo artimiausia Žemei žvaigždė vis dar slepia painių paslapčių, kurios, bent jau iš pirmo žvilgsnio, turėtų būti lengviau įveikiamos, negu yra iš tiesų.
Gera žinia ta, kad kasdien po truputį artėjame prie atsakymų. Tobulėja stebėjimo instrumentai, plečiasi spektrinių linijų duomenų bazės, gerėja Saulės atmosferos modeliai – visa tai sparčiai prisideda prie pažangos. Kiekvienas neatitikimas tarp realaus ir sintetinės Saulės spektro yra užuomina, rodanti, kaip galima patobulinti mūsų modelius.
Tuo pat metu, veikiausiai, mes niekada galutinai „nebaigsime“ tyrinėti Saulės. Ir tai – taip pat nuostabu.
