Šis straipsnis yra mokslo populiarinimo konkurso darbas, daugiau informacijos apie šį konkursą rasite čia.
Šviesa nukelia į praeitį
Šviesos dalelė – fotonas – pasiekia didžiausią greitį visoje Visatoje – tai yra 300 000 km per sekundę. Bet atstumai tarp astronominių kūnų yra neįsivaizduojamai dideli. Kadangi šviesos greitis nėra begalinis, jai irgi užtrunka šiek tiek laiko įveikti tokius didelius atstumus. Šviesa nuo Saulės iki Žemės nukeliauja per truputį daugiau nei 8 minutes, tačiau čia atstumas (kosmoso mastu) dar yra visai nedidelis. Visatoje atstumai yra milžiniški, o šviesa juos įveikia taip pat per ilgą laiko tarpą.
Būtent todėl matuoti laiką, kurį nukeliauja šviesos dalelė, valandomis būtų labai nepraktiška ir sunku. Astronomijoje šį laiką mokslininkai matuoja šviesmečiais, atstumai čia taip pat matuojami šviesmečiais. Nurodydami atstumą tarp tolimų objektų, mokslininkai paprasčiausiai pasako, kiek laiko užtrunka šviesai iki jo nukeliauti. Žinoma, jei norime tikslių atstumų, šviesmečius galima pasiversti į kilometrus, tačiau skaičiai gaunasi be galo dideli. Šviesa per metus nukeliauja 9,5 trilijonų kilometrų.
Kaip pavyzdį galime paimti mums artimiausią žvaigždžių sistemą Kentauro Alfą, kuri nuo Žemės yra nutolusi per 40 trilijonų kilometrų. Šviesai įveikti tokį atstumą užtrunką apie kiek daugiau nei ketverius metus – dėl to mūsų matomas vaizdas „vėluoja“, t.y. matome, kaip Kentauro Alfa atrodė praeityje.
Dar tolimesnių kūnų skleidžiamos šviesos dalelės skrieja dar ilgiau, todėl kuo toliau žiūrime į Visatą, tuo toliau žvelgiame į praeitį. Žinoma, yra ribos, kiek toli galime matyti, o tai reiškia, kad šviesa mums leidžia pamatyti tik praeitį.
Šviesa atskleidžia, iš ko sudaryti tolimi kūnai
Pasinaudoję šviesa, galime nustatyti ir iš ko susideda planetų atmosferos. Pradėkime nuo atomų. Atomas sudarytas iš branduolio, kuris turi teigiamą krūvį – ir elektronų, kurių krūvis neigiamas. Elektronai skrieja aplink atomą, nes juos traukia priešingas krūvis. Yra daug orbitų, kuriose elektronas gali skristi, bet jis visuomet pasirenka orbitą, esančią arčiausiai prie branduolio.
Kai šviesos dalelė atsitrenkia į elektroną, įvyksta kai kas labai įdomaus. Elektronas gauna energijos iš tos šviesos dalelės – nes šviesa yra energijos forma, ir todėl turi panaudoti gautą energiją. Taigi, elektronas peršoka į tolimesnę orbitą ir jam tolstant nuo branduolio, jis įgyja daugiau gravitacinės potencinės energijos. Tai yra energija, atsirandanti objektams tolstant vienas nuo kito gravitaciniame lauke.
Kitaip tariant, lėktuvui kylant nuo Žemės, jis gauna daugiau potencinės energijos, nes jo atstumas nuo Žemės didėja. Taigi, elektronai, norėdami susimažinti savo gravitacinę potencinę energiją, peršoka atgal į savo pradinę orbitą. Čia elektronas turi atsikratyti energijos, kurią jis įgijo peršokdamas į aukštesnę orbitą, ją kažkam atiduodamas. Taip elektronas ima išskirti šviesą.
Skirtingiems atomų elektronams reikia skirtingo kiekio energijos, kad jie galėtų peršokti į viršutinę orbitą. Skirtingos šviesos bangos irgi turi skirtingą kiekį energijos. Taigi, kai elektronas peršoka atgal į savo pradinę orbitą, jis išskiria tos pačios spalvos šviesos dalelę, kurią gavo. Žiūrėdami per labai stiprius teleskopus, astronomai gali pamatyti, kokios spalvos šviesa atskrieja iš tolimų planetų – ir pagal tas spalvas sužino, kokie elementai sudaro tų planetų atmosferas.
Šviesa padeda nustatyti, kaip objektai keliauja
Įsiklausykite į pravažiuojančio automobilio garsus. Kai automobilis artėja link jūsų, jis skleidžia aukšto tono garsą, kai tolsta – skleidžia žemesnio tono garsą. Tai garso bangų pavyzdys, tačiau tas pats vyksta ir su šviesos bangomis. Kai objektas nejuda, jo skleidžiamos garso bangos keliauja į visas puses vienodai. Kai objektas juda, bangos jo priekyje sutankėja, o už jo – praretėja.
Sutankėjusios bangos turi aukštą dažnį. Jeigu tai garso bangos, garsas bus aukšto tono. Taigi, artėjantis objektas skleidžia aukštą garsą, o tolstantis skleidžia žemo tono bangas, nes jų dažnis yra mažesnis. Labai panašus reiškinys vyksta ir su šviesos bangomis. Jeigu kažkoks objektas Visatoje skrenda link mūsų, galime pamatyti tai pagal to objekto skleidžiamą šviesą.
Jei objektas juda link Žemės, šviesos bangos susispaudžia ir turėdamos didesnį dažnį, pasislenka į mėlyną spektro pusę – todėl tai vadinama mėlynuoju poslinkiu. Jeigu objektas tolsta nuo mūsų, jo skleidžiama šviesa pasislenka į raudoną spektro pusę, ir tai yra vadinama raudonuoju poslinkiu. Šis reiškinys vadinamas Doplerio efektu. Tokiu būdu, galime nustatyti, ar objektas Visatoje tolsta nuo mūsų, ar artėja.
Taigi, šviesa yra labai sudėtingas fenomenas, kuris padeda mums geriau suprasti aplinkinį pasaulį. Nors šviesa yra mūsų kasdienio gyvenimo dalis, ji apima daug sunkiai suprantamų, bet įdomių dalykų. Ką jums papasakojau yra tik kelios šviesos savybes, kurių yra žymiai daugiau.
