MAJMUNSKO PITANJE: DA LI SU BILI NA MESECU?

Najgrublja i najprostija podela maglina koje postoje unutar Galaksije je na emisione i refleksione. Prve dakle emituju svetlost a druge samo reflektuju svetlost okolnih zvezda, barem bi tako trebalo da glasi najjednostavnije objašnjenje.

Zapravo objašnjenje je ipak kompleksnije, ukoliko neko želi detaljniju priču: refleksione magline i emisione magline imaju istu podlogu - to su oblaci prašine i gasa unutar kojih svetle neke zvezde. Ukoliko je to neka veoma svetla mlada zvezda, još bolje otvoreno jato mladih zvezda, onda one emituju ogromnu količinu energije koja jonizuje ceo oblak, ili bar njegov jedan deo. Ovde je moguće pomenuti i planetarne magline gde centralna zvezda, tačnije zvezdani ogoljeni ostatak emituje ogromno zračenje u UV spektru pošto je to dominantna frekvencija veoma toplih tela (tipično iznad 25 hiljada Kelvina), tako da jeste, i planetarne magline spadaju u emisione.

Međutim, ukoliko svetlost jedne ili više zvezda nije dovoljna za jonizaciju, onda oblak nije jonizovan već svetli odbijenom (reflektovanom) svetlošću a tu dobar procenat otpada i na rasejanje. Ono što je bitno to je da spektar refleksionih maglina podseća na spektar zvezde koja ih iluminizira, zapravo tako su i otkrivene. Vesto Slipher je bio saradnik P. Lowell-a na njegovoj istoimenoj opservatoriji; budući da je Lowell bio ekscentrični ali pomalo priprosti bogataš, trebao mu je neko da organizuje posao na naučnim osnovama i tu se Slipher lepo uklopio nakon što je doktorirao astronomiju. Od samog starta je imao tendenciju da u svoj istraživački rad uključuje što je više moguće spektroskopiju i rezultati nisu izostali. 

Merio je sastav atmosfera planeta, kao i njihovu brzinu rotacije, analizirao je spektre zvezda i maglina a na kraju je i otkrio crveni pomak što je Edvinu Hablu bio krucijalni doprinos za teoriju o širenju svemira. Elem, Slipher je otkrio, između ostalog, i da su spektri Merope i Alkione iz Plejada upadljivo slični sa maglinama oko tih zvezda. Tada se već dobro znalo da su Plejade otvoreno jato koje plovi u maglini, nešto što bi u malim refraktorima ili velikim dobsonima danas vizuelno bilo moguće u naznakama registrovati, premda veoma teško, a što pre pojave fotografije uopšte nije bilo nikome ni na kraj pameti. Zapravo ako vam neko danas kaže da u dvogledu ili vizuelno vidi magline oko velikih zvezda u Plejadama, mnogo su veće šanse da je to astigmatizam ili neka druga mana u njegovim očima.

Dakle, vratimo se emisionim nebulama.

Najčešći element u svemiru po svim parametrima (zapreminski, molarno, maseno, kako god) je vodonik. Njegova jonizacija daje specifičan emisioni spektar koji ima četiri veoma jasnih i tankih ali svetlih linija u vidljivom delu spektra. Ove linije su raspoređene na 656, 486, 434 i 410nm. To su redom: crvena boja, tirkizna, plava i ljubičasta. Crvena je smeštena sasvim desno a ljubičasta levo na spektru.

Ako je neko dobio inspiraciju da postavi pomalo majmunsko pitanje jer je pomislio da kvantna fizika predstavlja iluziju, da je samo neko dečije uprošćavanje složenih matematičkih formula, da to jednostavno nije tako - evo prilike da shvati u kolikoj je zabludi bio. Ne baš mali broj ljudi misli da je kvantna fizika sa svojim orbitalama, česticama, tačno određenim energijama i strukturom jedna obična iluzija, da ne kažem izmišljotina profesora koji su nas time maltretirali u osnovnoj i srednjoj; kad ne možemo tako male stvari kao što su atomi da vidimo i precizno merimo. Zašto je atom takav, tačno određen, zašto su svi elektroni isti, zašto nisu kao planete u Sunčevom Sistemu različiti? Zar ne bi bilo logično da se elektroni razlikuju kao i planete, da nisu klonirani, da su fotoni šaroliki kao asteroidi ili komete i slično? To bi bilo tako logično da je veoma lako u to i poverovati. 

Nije tako davno bilo kad su fizičari napredovali gigantskim koracima, ali pošto je u nacističkoj Nemačkoj u jednom momentu sve bilo naopako okrenuto, tzv kvantna fizika je bila okarakterisana kao "jevrejska fizika" i svako pominjanje a kamoli zastupanje kvantnih teorija je bilo strogo zabranjeno. Rezultat vidimo i sami: Rajh nije napravio atomsku bombu (i sreća je što je to tako bilo) a oni koji su je napravili napravili su je zato što su jednostavno dobro radili svoj posao, neopterećeni besmislenim ideološkim zabranama. To je ujedno i veliki podsetnik da čovek najveći doprinos daje u demokratijama a ne u diktaturama, pošto diktature mogu da budu loše (Staljin) i veoma loše (Hitler) i da se mešaju u stvari u koje se ne razumeju, a to po pravilu pre ili kasnije ne valja.

U tom kontekstu stoje i linije vodonika u spektru, tzv Balmerove linije. Elektron u vodonikovom atomu prelazi sa trećeg na drugi energetski nivo, u prevodu za potpuno neupućene u fiziku, elektron prelazi sa Venerine na Merkurovu orbitu; pritom elektron gubi energiju tj emituje foton tačno određene energije. Taj foton daje emisiju na 656nm i to je tamnocrvena nijansa. Ako elektron preskače sa nekog višeg nivoa, recimo sa četvrtog na drugi (osnovni) nivo, tj u prevodu sa Zemljine orbite na Merkurovu, isto se emituje foton ali je njegova energija veća. Kad je energija veća, frekvencija je manja, ide se levo u spektru i to tačno do tirkizne, odnosno cijan nijanse na 486nm. Ove linije su fiksirane na tim vrednostima, nema šanse da elektron pređe na pola puta između 656 i 486nm ili slično, energija je emitovana u tačno određenim porcijama (kvantovana je).

Moguće je dalje ovaj niz produžavati i dalje; Herr Balmer je opisao ove četiri linije i pokušavao je da ih matematički poveže u jedan model, tj jednačinu. Pošto je bio matematički veoma talentovan, doktorirao je matematiku i istu predavao u školi, ovo mu je i pošlo za rukom, tako da mi danas imamo tzv Balmerovu formulu koja tačno predviđa sve ove frekvencije koje se asimptotski guraju jedna do druge sve do vrednosti od 364.56nm. On je znao za četiri gorepomenute, ali u bliskom UV spektru se nalazi još gomila ovih linija koje su kasnije uočavali drugi naučnici.

Početkom XX veka je Niels Bohr postavio model atoma koji se uklapa u Balmerovu formulu, ali to će biti dosta nakon Balmerove smrti. Iako se Borov model i dalje izučava kao prikladan nastavni model, mada se danas smatra zastarelim i napuštenim, činjenica je da je Bor inspiraciju dobio gledajući Balmerove linije i formulu. Šveđanin Rydberg je tu formulu uopštio za bilo koji element, tako da je šira slika strukture mogla da bude postavljena. U prvom redu je bilo jasno da se energija emisije emituje u tačno određenim vrednostima i da između njih nema međuvrednosti - linije su u spektru vrlo jasno definisane.

Bor je ovde genijalno uklopio Plankov koncept da se energija ne deli beskonačno, već da preostaju najmanje moguće (nedeljive) porcije energije, otuda orbitale, fotoni i emisione linije. Eto dokaza da Plankovi kvanti funkcionišu, emisione linije vodonika su rezonantne frekvencije elektromagnetskog zračenja od kojih teško da postoji efektniji dokaz. Toliko efektan da je cela nauka prozvana kvantnom naukom.

Kakve ovo veze ima sa astronomijom?

Prilično velike, naročito u spektroskopiji, na majmunsko pitanje sledi majmunski odgovor ali za početak da se posvetimo emisionoj maglini NGC2174 koja je poznata i kao Monkey Head, a što se kao sličnost iz mog ne baš briljantnog snimka teško može uočiti. Dakle, ovo je zapravo otvoreno jato unutar magline, tako da jato nosi susednu oznaku NGC2175. Maglinu je otkrio Eduard Stephan i tu se misli prvenstveno na najsjajniju porciju iste, pošto u to vreme (kraj XIX veka) fotografija još nije ušla u mejnstrim astronomske nauke. Jato je poznato koju stotinu godina duže (Hodierna, XVII vek).

Ova maglina je poznata i kao H II region, odnosno oblast atomskog, jonizovanog vodonika. Malo srednjoškolske hemije: jonizovani vodonik je zapravo proton, teorijski jezgro vodonika, dok oblaci molekularnog vodonika sadrže proton u jezgru i elektron u omotaču. Međutim, ovo je sve pomešano: nije sav vodonični gas u ovim maglinama jonizovan, već samo oko najsjajnijih mladih i vrelih zvezda.  Pošto znamo da se pik emisije kako skače temperatura menja ka kraćim talasnim dužinama (tj većim energijama) sasvim je logično da hladnije zvezde imaju crvenu boju a toplije plavu. Ako dižemo temperaturu onda se boja prenosi u UV spektar i ovo visokoenergetsko zračenje mladih vrelih zvezda počinje veoma efikasno da jonizuje nebulu. 

Da se razumemo, ovo nije posao za jednu zvezdu. H II region obasjava čitavo jato mladih ogromnih, vrelih zvezda, a jedna zvezda tj beli patuljak može da produkuje sasvim drugi tip emisione magline, planetarnu nebulu. Ali upravo ta razlika između jedne patuljaste i jata gigantskih zvezda ukazuje da su planetarne magline mnogo manje od tipičnih H II oblasti, odnosno maglina.

I odmah možemo da primetimo na mom snimku da ova maglina ima dve komponente: tamnocrvenu i plavičastu. Pošto je tamnocrvena nastala od emisione linije vodonika na 656nm, za plavičastu je jasno da nije nikakav drugi element, već i dalje vodonik ali na 486nm (H beta). Treba biti jasan i reći da se H II magline sastoje 90% iz vodonika pa je tako on 2/3 crvena a 1/3 plava emisija; svi ostali elementi obuhvataju uglavnom helijum i veoma malo svega ostalog što je generalno nebitno sa aspekta boje magline. A i sama crvena tj H II emisija, što je kuriozitet, ne potiče od jonizovanog vodonika već od nejonizovanog ali ekscitiranog (elektron na višem nivou). Fotoaparat vrlo lepo meša te dve emisije u jednu ljubičastu nijansu koja realno ne postoji - prava ljubičasta emisiona linija na 410nm je zastupljena toliko malo da je skoro neprimetna, ovde kamera naprosto ima signal i u plavom i u crvenom kanalu. 

Ceo kadar (koji je takođe kropovan sa originalnih 135mm) prikazuje još par H II oblasti, dve sjajne zvezde u levom delu kadra se izdvajaju. Desna je Eta Gem, semiregularna a ujedno i eklipsna promenljiva. Ko ima volje može da snimi okultaciju gde zvezda gubi 0.4mag u periodu od par meseci, dakle ima se vremena ako je oblačno; a ko ima dobar teleskop veće aperture može da krene i da razdvaja dve komponente koje su trenutno udaljene 1.6 arcsec jedna od druge. Od pomoći je podatak da je to prosečan prečnik četiri najveća Jupiterova satelita, pa ako ih vidite kao loptice izvolite pristupiti razdvajanju Ete. Razlika između komponenti u sjaju (treća naspram šeste magnitude) biće dodatni izazov.

Druga zvezda, leva je Mu Gem koja takođe ima pratioca ali na velikih dva minuta. Sam pratioc je dvojna sa jednom sekundom razmaka a to je već krupan zalogaj i za velike amaterske teleskope, prvenstveno jer atmosfera neće tako lako dozvoliti ovolika uvećanja. Primarna zvezda je veliki crveni džin koji je ujedno i iregularna promenljiva.

U kadru se vide gore i otvorena jata M35 i NGC2158, ali pošto je o njima bilo reči više puta, biće preskočena.

Eto, emisione linije su jedan čak i za laika prost primer koji pokazuje da kvantna fizika radi. Jesu bili na Mesecu i ništa nisu izmislili.