Излучение и методы исследования в астрономии

Свет как источник сведений

Почти всё знание о далёких объектах приходит с излучением. Астроном измеряет направление, поток энергии, спектр, поляризацию и изменение сигнала во времени. Спектр — распределение интенсивности излучения по длинам волн или частотам. Он раскрывает температуру, химический состав, скорость и физическое состояние источника.

Сплошной тепловой спектр приближённо описывает плотные звёздные фотосферы. Линии поглощения возникают, когда более холодный газ перед источником выбирает фотоны определённых энергий; линии излучения создаёт разреженный возбуждённый газ. Их длины волн определяются квантовыми переходами.

Одинаковый набор линий у удаляющегося источника смещён к большей длине волны по сравнению с лабораторным спектром.

Температура и светимость

По положению максимума теплового спектра оценивают температуру: ${\lambda }_{\max }T=b$. Полная мощность сферической звезды радиуса $R$ с эффективной температурой $T$ равна:

Светимость — полная энергия, излучаемая объектом за единицу времени во всех направлениях. Наблюдаемый поток на расстоянии $d$ уменьшается по закону обратных квадратов:

Слабый объект может быть либо маломощным, либо далёким, поэтому поток сам по себе не определяет светимость. Нужна независимая оценка расстояния.

Спектральные линии и движение

Положение линии сравнивают с лабораторной длиной ${\lambda }_0$. Для скорости вдоль луча, малой по сравнению со скоростью света:

Красное смещение соответствует удалению, синее — приближению. Периодические сдвиги линий выдают двойные звёзды и планеты, а уширение связано с температурным движением, вращением и давлением. Химический состав определяют не по цвету изображения, а по системе идентифицированных линий.

Невидимые диапазоны и посланники

Холодный газ и пыль ярки в радио- и инфракрасном диапазонах, горячая плазма — в ультрафиолете и рентгене. Атмосфера пропускает лишь часть электромагнитного спектра, поэтому многие телескопы выводят в космос.

Современная астрономия также регистрирует космические лучи, нейтрино и гравитационные волны. Разные сигналы проходят вещество по-разному и показывают разные области процесса. Совместное наблюдение одного события несколькими каналами называют многоканальной астрономией.