スターゲイザーが夜に外に出て空を見ると、遠くの星、惑星、銀河からの光が見えます。天文学の発見には光が欠かせません。恒星であろうと他の明るい天体であろうと、光は天文学者が常に使用するものです。人間の目は、可視光を「見る」(技術的には「検出する」)。これは、電磁スペクトル (または EMS) と呼ばれるより大きな光のスペクトルの一部であり、拡張されたスペクトルは、天文学者が宇宙を探索するために使用するものです。
電磁スペクトル
EMS は、電波、マイクロ波、赤外線、視覚 (光学)、紫外線、X 線、ガンマ線など、存在するすべての波長と周波数の光で構成されています。人間が目にする部分は、宇宙や地球上の物体から放出される (放射および反射される) 広範囲の光の非常に小さな断片です。たとえば、月からの光は、実際には太陽からの光が反射したものです。人体も赤外線を放出 (放射) します (熱放射と呼ばれることもあります)。人が赤外線で見ることができれば、物事は非常に異なって見えるでしょう. X 線などの他の波長と周波数も放出され、反射されます。 X 線は物体を通過して骨を照らすことができます。人間には見えない紫外線も非常にエネルギーが強く、肌の日焼けの原因となります。
光の性質
天文学者は、光度 (明るさ)、強度、周波数または波長、偏光など、光の多くの特性を測定します。光の各波長と周波数により、天文学者はさまざまな方法で宇宙の物体を研究できます。光の速度 (秒速 299,729,458 メートル) も、距離を決定する重要なツールです。たとえば、太陽と木星 (および宇宙の他の多くのオブジェクト) は、無線周波数を自然に放射しています。電波天文学者はこれらの放射を見て、天体の温度、速度、圧力、磁場について学びます。電波天文学の 1 つの分野は、他の世界の生命体が送信する可能性のある信号を見つけることによって生命体を探すことに重点を置いています。これは、地球外知的生命体の探索 (SETI) と呼ばれます。
光の特性が天文学者に伝えること
天文学の研究者は、多くの場合、物体の光度に関心を持っています。これは、物体が電磁放射の形で放出するエネルギーの量の尺度です。これにより、オブジェクト内およびその周囲の活動について何かを知ることができます。
さらに、光はオブジェクトの表面から「散乱」する可能性があります。散乱光には、その表面を構成する物質を惑星科学者に伝える特性があります。たとえば、火星表面の岩石、小惑星の地殻、または地球上の鉱物の存在を明らかにする散乱光を見ることができます。
赤外線の啓示
赤外線は、原始星 (生まれようとしている星)、惑星、衛星、褐色矮星などの暖かい天体から放出されます。たとえば、天文学者がガスと塵の雲に赤外線検出器を向けると、雲の中の原始星の物体からの赤外線がガスと塵を通過することができます。これにより、天文学者は星の苗床の内部を見ることができます。赤外線天文学は、若い星を発見し、私たち自身の太陽系の小惑星を含む、光の波長では見えない世界を探し出します。ガスやちりの厚い雲の後ろに隠れている、銀河の中心のような場所をのぞき見することさえできます。
オプティカルを超えて
光学 (可視) 光は、人間が宇宙を見る方法です。私たちは星、惑星、彗星、星雲、銀河を見ていますが、それは私たちの目が検出できる狭い範囲の波長でしかありません。それは私たちが目で「見る」ために進化した光です。
興味深いことに、地球上の生物の中には、赤外線や紫外線も見ることができるものもあれば、直接感知できない磁場や音を感知できる (しかし見ることはできない) 生物もいます。私たちは皆、人間には聞こえない音を聞くことができる犬に精通しています。
紫外光は、宇宙のエネルギー プロセスや物体によって放出されます。この形の光を放出するには、物体が特定の温度である必要があります。温度は高エネルギー イベントに関連しているため、非常にエネルギーの高い、新しく形成された星などの天体やイベントからの X 線放射を探します。それらの紫外線はガスの分子を引き裂くことができます（光解離と呼ばれるプロセスで）。これが、生まれたばかりの星が誕生した雲を「食べ尽くす」のをよく目にする理由です。
X 線は、ブラック ホールから流れ出る過熱物質の噴流など、さらにエネルギーの高いプロセスや物体から放出されます。超新星爆発もX線を放出します。私たちの太陽は、太陽フレアを起こすたびに膨大な量の X 線を放出します。
ガンマ線は、宇宙で最もエネルギーの高い物体や事象から放出されます。クエーサーと超新星爆発は、有名な「ガンマ線バースト」とともに、ガンマ線放射体の 2 つの良い例です。
さまざまな形態の光の検出
天文学者は、これらの形態の光のそれぞれを研究するために、さまざまな種類の検出器を持っています。最高のものは、大気から離れた地球の周りの軌道上にあります (大気は通過するときに光に影響を与えます)。地球上には非常に優れた光学および赤外線観測所 (地上観測所と呼ばれる) がいくつかあり、それらは大気の影響のほとんどを回避するために非常に高い高度に配置されています。検出器は、入ってくる光を「見ます」。光は、入射光をその構成波長に分解する非常に感度の高い機器である分光器に送られる場合があります。天文学者が天体の化学的性質を理解するために使用するグラフである「スペクトル」を生成します。たとえば、太陽のスペクトルは、さまざまな場所で黒い線を示しています。これらの線は、太陽に存在する化学元素を示しています。
光は天文学だけでなく、発見と診断、化学、地質学、物理学、工学など、医療専門職を含む幅広い科学で使用されています。これは、科学者が宇宙を研究する方法の中で最も重要なツールの 1 つです。
