Lorsque les observateurs d'étoiles sortent la nuit pour regarder le ciel, ils voient la lumière d'étoiles, de planètes et de galaxies éloignées. La lumière est cruciale pour la découverte astronomique. Que ce soit des étoiles ou d'autres objets brillants, la lumière est quelque chose que les astronomes utilisent tout le temps. Les yeux humains «voient» (techniquement, ils «détectent») la lumière visible. C'est une partie d'un plus grand spectre de lumière appelé spectre électromagnétique (ou EMS), et le spectre étendu est ce que les astronomes utilisent pour explorer le cosmos.
Le spectre électromagnétique
Le SME comprend la gamme complète de longueurs d'onde et fréquences de lumière qui existent: les ondes radio, four micro onde, infrarouge, visuel (optique), ultraviolets, rayons X et rayons gamma. La partie que les humains voient est un très petit ruban du large spectre de lumière qui est émis (rayonné et réfléchi) par les objets dans l'espace et sur notre planète. Par exemple, la lumière du
Lune est en fait la lumière du soleil qui est réfléchie. Les corps humains émettent (rayonnent) également des infrarouges (parfois appelés rayonnement thermique). Si les gens pouvaient voir dans l'infrarouge, les choses auraient l'air très différentes. D'autres longueurs d'onde et fréquences, telles que les rayons X, sont également émises et réfléchies. Les rayons X peuvent traverser des objets pour éclairer les os. La lumière ultraviolette, qui est également invisible pour l'homme, est très énergique et est responsable des coups de soleil.Les propriétés de la lumière
Les astronomes mesurent de nombreuses propriétés de la lumière, telles que la luminosité (luminosité), l'intensité, sa fréquence ou longueur d'onde et la polarisation. Chaque longueur d'onde et fréquence de lumière permet aux astronomes d'étudier les objets de l'univers de différentes manières. La vitesse de la lumière (qui est de 299 729 458 mètres par seconde) est également un outil important pour déterminer la distance. Par exemple, le Soleil et Jupiter (et de nombreux autres objets dans l'univers) sont des émetteurs naturels de radiofréquences. Les radioastronomes examinent ces émissions et en apprennent davantage sur les températures, les vitesses, les pressions et les champs magnétiques des objets. Un domaine de la radioastronomie se concentre sur chercher la vie sur d'autres mondes en trouvant les signaux qu'ils peuvent envoyer. C'est ce qu'on appelle la recherche de l'intelligence extraterrestre (SETI).
Que disent les propriétés de la lumière aux astronomes
Les chercheurs en astronomie sont souvent intéressés par la luminosité d'un objet, qui est la mesure de la quantité d'énergie émise sous forme de rayonnement électromagnétique. Cela leur dit quelque chose sur l'activité dans et autour de l'objet.
De plus, la lumière peut être "diffusée" sur la surface d'un objet. La lumière diffusée a des propriétés qui indiquent aux scientifiques planétaires quels matériaux composent cette surface. Par exemple, ils pourraient voir la lumière diffusée qui révèle la présence de minéraux dans les roches de la surface martienne, dans la croûte d'un astéroïde ou sur Terre.
Révélations infrarouges
La lumière infrarouge est émise par des objets chauds tels que protostars (étoiles sur le point de naître), des planètes, des lunes et des objets nains bruns. Lorsque des astronomes dirigent un détecteur infrarouge vers un nuage de gaz et de poussière, par exemple, la lumière infrarouge des objets protostellaires à l'intérieur du nuage peut traverser le gaz et la poussière. Cela donne aux astronomes un aperçu de la pépinière stellaire. L'astronomie infrarouge découvre de jeunes étoiles et cherche des mondes qui ne sont pas visibles dans les longueurs d'onde optiques, y compris astéroïdes dans notre propre système solaire. Cela leur donne même un aperçu de lieux comme le centre de notre galaxie, cachés derrière un épais nuage de gaz et de poussière.
Au-delà de l'optique
La lumière optique (visible) est la façon dont les humains voient l'univers; nous voyons des étoiles, des planètes, des comètes, des nébuleuses et des galaxies, mais seulement dans cette gamme étroite de longueurs d'onde que nos yeux peuvent détecter. C'est la lumière que nous avons évoluée pour «voir» avec nos yeux.
Fait intéressant, certaines créatures sur Terre peuvent également voir dans l'infrarouge et l'ultraviolet, et d'autres peuvent détecter (mais ne pas voir) les champs magnétiques et les sons que nous ne pouvons pas détecter directement. Nous connaissons tous des chiens qui peuvent entendre des sons que les humains n'entendent pas.
La lumière ultraviolette est émise par des processus énergétiques et des objets dans l'univers. Un objet doit avoir une certaine température pour émettre cette forme de lumière. La température est liée aux événements de haute énergie, et nous recherchons donc les émissions de rayons X provenant d'objets et d'événements tels que les étoiles nouvellement formées, qui sont assez énergétiques. Leur lumière ultraviolette peut déchirer les molécules de gaz (dans un processus appelé photodissociation), c'est pourquoi nous voyons souvent des étoiles nouveau-nés "ronger" leurs nuages de naissance.
Les rayons X sont émis par des processus et des objets encore PLUS énergétiques, tels que jets de matière surchauffée streaming loin des trous noirs. Les explosions de supernova émettent également des rayons X. Notre Soleil émet d'énormes flux de rayons X chaque fois qu'il érige une éruption solaire.
Les rayons gamma sont émis par les objets et les événements les plus énergétiques de l'univers. Quasars et explosions d'hypernova sont deux bons exemples d'émetteurs de rayons gamma, ainsi que le célèbre "sursauts gamma".
Détection de diverses formes de lumière
Les astronomes disposent de différents types de détecteurs pour étudier chacune de ces formes de lumière. Les meilleurs sont en orbite autour de notre planète, loin de l'atmosphère (qui affecte la lumière lors de son passage). Il existe de très bons observatoires optiques et infrarouges sur Terre (appelés observatoires terrestres), et ils sont situés à très haute altitude pour éviter la plupart des effets atmosphériques. Les détecteurs "voient" la lumière qui entre. La lumière peut être envoyée à un spectrographe, qui est un instrument très sensible qui divise la lumière entrante en ses longueurs d'onde composantes. Il produit des «spectres», des graphiques que les astronomes utilisent pour comprendre les propriétés chimiques de l'objet. Par exemple, un spectre du Soleil montre des lignes noires à divers endroits; ces lignes indiquent les éléments chimiques qui existent dans le Soleil.
La lumière est utilisée non seulement dans astronomie mais dans un large éventail de sciences, y compris la profession médicale, pour la découverte et le diagnostic, la chimie, la géologie, la physique et l'ingénierie. C'est vraiment l'un des outils les plus importants que les scientifiques aient dans leur arsenal de façons d'étudier le cosmos.