начало см.здесь
На что способен свет?
Древние китайцы и греки видели, какие причудливые вещи может вытворять свет. Подтверждением этому служат камеры-обскура — простейший вид устройства, позволяющего получать оптическое изображение объектов. Первая камеры-обскура представляла собой светонепроницаемый ящик с маленьким отверстием в одной из стенок и экраном — листом белой бумаги или матовым стеклом — на противоположной стороне. Когда лучи света проходили через малое отверстие, они создавали перевернутое изображение на экране. Первые упоминания камеры-обскура восходят к V веку и китайскому философу Мао-цзы. Однако ответа на вопрос о том почему так происходит человечеству пришлось ждать еще долго.
Тысячу лет назад в городе Басра (современный Ирак) жил ученый-универсал Ибн аль-Хайсам. Физик, математик, механик и астроном интересовался вещами, которые другие люди воспринимали как должное. Аль-Хайсам хотел понять как мы видим и разгадать тайны света. Именно он обнаружил, что свет движется прямолинейно и вскоре создал собственную камеру-обскура. Но камера-обскура хорошо работает только при солнечном свете, а света Луны и звезд не достаточно. Для того, чтобы рассмотреть далекие небесные объекты требовалось что-то другое. Этим чем-то оказались оптические линзы. Однако прежде чем Галилео Галилей впервые посмотрел в телескоп прошло 600 лет.
Линзы позволили телескопам получить как можно большую площадь для сбора света, чем у наших глаз. Чем больше линзы, тем больше света они могут собрать. Современные телескопы имеют огромную светосилу и высокочувствительные детекторы. Они часами следят за одним и тем же космическим объектом, собирая максимальный объем его света.
Расплетая радугу: спектр света и инфракрасное излучение
Свет обладает невероятными свойствами, которые не похожи на на что другое, знакомое человеку. Элементарная частица света — фотон, излучаемая атомом или молекулой, “рождается” — если это слово уместно употребить — со скоростью света. Никакая другая частица не способна в одно мгновение разогнаться до скорости света. Реальность такова, что ничто не может двигаться быстрее. Но что такое свет?
Каждый Охотник Желает Знать Где Сидит Фазан
Как и Ибн аль-Хайсам, Исаак Ньютон хотел знать ответ на этот вопрос с самого детства. К 20 годам он стал первым человеком, который разгадал тайну радуги: Ньютон увидел, что солнечный белый свет — ни что иное как смесь всех цветов радуги. Разложенное изображение света по всем цветам Ньютон назвал спектром. Это поразительное открытие молодого ученого, однако, было неполным, ведь свет, как мы знаем сегодня, является ключом к тайнам космоса и далеких миров. В следующий раз о самых необычных свойствах света мир узнает лишь спустя 150 лет. Это выпадет на долю другого ученого, который совершит свое открытие, как это часто бывает, совершенно случайно. Такова история науки — множество героев раскрывают тайны нашего существования столетие за столетием.
В 1800 году английский астроном Уильям Гершел, который первым понял что ночное небо полно “призраков”, изучал небо с помощью самых современных телескопов своего времени. Учитывая тайну радуги, которую разгадал Исаак Ньютон, Гершель задумался — могут ли какие-то цвета быть теплее или холоднее других? Чтобы проверить эту гипотезу, Гершель установил три термометра на белом листе бумаги. Контрольный термометр находился вне спектра — то есть не освещался солнечными лучами. Результаты эксперимента показали — красный цвет действительно теплее синего. Однако показатели контрольного термометра долго не давали ученому покоя: дело в том, что он обнаружил невидимое присутствие, которое сокрыто ниже красной части спектра. Впоследствии его стали называть инфракрасным, так как infra на латыни означает “ниже”. Человеческий глаз, в отличие от кожи, не способен уловить инфракрасное излучение. Но мы чувствуем его тепло.
Почему свет — ключ к пониманию космоса?
Примерно в то самое время, как Уильем Гершель обнаружил инфракрасное излучение, Йозеф Фраунгофер, сын бедного стекольщика, работал в мастерской отца. После его смерти юный Фраунгофер в возрасте 12 лет поступил обучаться, а затем работать в стекольную мастерскую в Мюнхене. Благодаря череде случайных событий, будущий физик в 1806 году получил математическое образование и стал ассистентом математического и оптического института в Мюнхене. Именно там изготавливались линзы и оптические приборы. К 27 годам, Йозеф Фраунгофер стал ведущим создателем высококачественных линз для телескопов и оптического оборудования.
В поисках наилучшего стекла для линз Фраунгофер экспериментировал с призмами. Так как свет — это одновременно частица и волна, также как длина волны звука определяет высоту тона, который мы слышим, длина световой волны определяет цвет, который мы видим. Но как призма разделяет цвета, скрытые в луче солнечного света? Когда свет движется сквозь воздух или космос, все его цвета движутся с одной скоростью. Но столкнувшись со стеклом под углом, свет замедляется и меняет свое направление. Получается, что внутри призмы каждый цвет движется с разной скоростью.
Столкнувшись со стеклом под углом, свет меняет свое направление
В стекле фиолетовый цвет — его световые волны одни из самых коротких — замедляется больше красного, у которого волны длиннее всего. Эти изменения в скорости разделяют цвета так, что они движутся в немного разных направлениях. Именно это открытие мог совершить Исаак Ньютон, но звезды распорядились иначе. Открытие Фраунгофера положило начало астрофизике — разделу астрономии, который изучает физические процессы в астрономических объектах, используя принципы физики и химии. Но как? Фраунгофер увидел, что в свете запечатлены вертикальные черные линии — самый настоящий секретный код. Как рассказывает астрофизик и популяризатор науки Нил Деграсс Тайсон в сериале “Космос: пространство и время”, этот шифр пришел к нам из “другой вселенной”. На расшифровку послания, заключенного в эти загадочные черные линии ушло без малого 100 лет.
Вертикальные черные линии — ключ к пониманию космоса
Продолжение следует...
