Como os astrônomos usam a luz?

Quando observadores de estrelas saem à noite para olhar o céu, vêem a luz de estrelas distantes, planetas e galáxias. A luz é crucial para a descoberta astronômica. Seja de estrelas ou de outros objetos brilhantes, a luz é algo que os astrônomos usam o tempo todo. Os olhos humanos "veem" (tecnicamente, eles "detectam") a luz visível. Essa é uma parte de um espectro maior de luz chamado espectro eletromagnético (ou EMS), e o espectro estendido é o que os astrônomos usam para explorar o cosmos.

O EMS compreende toda a gama de comprimentos de onda e frequências de luz que existe: ondas de rádio, microondas, infravermelho, visual (óptico), ultravioleta, raios-x e raios gama. A parte que os humanos vêem é uma minúscula lasca do amplo espectro de luz que é emitida (irradiada e refletida) por objetos no espaço e em nosso planeta. Por exemplo, a luz do Lua na verdade é a luz do sol refletida nele. Os corpos humanos também emitem (irradiam) infravermelho (às vezes chamado de radiação de calor). Se as pessoas pudessem ver no infravermelho, as coisas pareceriam muito diferentes. Outros comprimentos de onda e frequências, como raios-x, também são emitidos e refletidos. Os raios X podem passar através dos objetos para iluminar os ossos. A luz ultravioleta, que também é invisível para os seres humanos, é bastante energética e é responsável pela pele queimada pelo sol.

Os astrônomos medem muitas propriedades da luz, como luminosidade (brilho), intensidade, frequência ou comprimento de onda e polarização. Cada comprimento de onda e frequência de luz permitem que os astrônomos estudem objetos no universo de maneiras diferentes. A velocidade da luz (que é de 299.729.458 metros por segundo) também é uma ferramenta importante na determinação da distância. Por exemplo, o Sol e Júpiter (e muitos outros objetos no universo) são emissores naturais de frequências de rádio. Os radioastrônomos examinam essas emissões e aprendem sobre as temperaturas, velocidades, pressões e campos magnéticos dos objetos. Um campo da radioastronomia é focado em procurando vida em outros mundos, encontrando quaisquer sinais que eles possam enviar. Isso é chamado de busca por inteligência extraterrestre (SETI).

Pesquisadores de astronomia geralmente estão interessados ​​em a luminosidade de um objeto, que é a medida de quanta energia ela libera na forma de radiação eletromagnética. Isso lhes diz algo sobre a atividade dentro e ao redor do objeto.

Além disso, a luz pode ser "dispersa" na superfície de um objeto. A luz dispersa possui propriedades que dizem aos cientistas planetários quais materiais compõem essa superfície. Por exemplo, eles podem ver a luz dispersa que revela a presença de minerais nas rochas da superfície marciana, na crosta de um asteróide ou na Terra.

A luz infravermelha é emitida por objetos quentes, tais como protoestrelas (estrelas prestes a nascer), planetas, luas e objetos de anã marrom. Quando os astrônomos apontam um detector infravermelho para uma nuvem de gás e poeira, por exemplo, a luz infravermelha dos objetos protoestelares dentro da nuvem pode passar através do gás e da poeira. Isso dá aos astrônomos uma olhada dentro do viveiro estelar. A astronomia infravermelha descobre estrelas jovens e procura mundos que não sejam visíveis em comprimentos de onda ópticos, incluindo asteróides em nosso próprio sistema solar. Ele até dá uma olhada em lugares como o centro de nossa galáxia, escondidos atrás de uma espessa nuvem de gás e poeira.

Luz óptica (visível) é como os humanos vêem o universo; vemos estrelas, planetas, cometas, nebulosas e galáxias, mas apenas nessa faixa estreita de comprimentos de onda que nossos olhos podem detectar. É a luz que evoluímos para "ver" com nossos olhos.

Curiosamente, algumas criaturas na Terra também podem ver o infravermelho e o ultravioleta, e outras podem sentir (mas não ver) campos magnéticos e sons que não podemos detectar diretamente. Todos conhecemos cães que podem ouvir sons que os humanos não podem ouvir.

A luz ultravioleta é emitida por processos e objetos energéticos no universo. Um objeto deve ter uma certa temperatura para emitir esta forma de luz. A temperatura está relacionada a eventos de alta energia e, portanto, procuramos emissões de raios-x de objetos e eventos como estrelas recém-formadas, que são bastante energéticas. Sua luz ultravioleta pode separar moléculas de gás (em um processo chamado fotodissociação), e é por isso que frequentemente vemos estrelas recém-nascidas "corroendo" as nuvens de nascimento.

Os raios X são emitidos por ainda mais processos e objetos energéticos, como jatos de material superaquecido fluindo para longe dos buracos negros. As explosões de supernova também emitem raios-x. Nosso Sol emite enormes fluxos de raios-X sempre que expele uma erupção solar.

Os raios gama são emitidos pelos objetos e eventos mais energéticos do universo. Quasares e explosões de hipnova são dois bons exemplos de emissores de raios gama, junto com o famoso "explosões de raios gama".

Os astrônomos têm diferentes tipos de detectores para estudar cada uma dessas formas de luz. Os melhores estão em órbita ao redor do planeta, longe da atmosfera (que afeta a luz à medida que ela passa). Existem alguns observatórios óticos e infravermelhos muito bons na Terra (chamados observatórios terrestres), e eles estão localizados em altitudes muito altas para evitar a maioria dos efeitos atmosféricos. Os detectores "vêem" a luz entrando. A luz pode ser enviada para um espectrógrafo, que é um instrumento muito sensível que quebra a luz recebida em seus comprimentos de onda componentes. Produz "espectros", gráficos que os astrônomos usam para entender as propriedades químicas do objeto. Por exemplo, um espectro do Sol mostra linhas pretas em vários lugares; essas linhas indicam os elementos químicos que existem no sol.

A luz é usada não apenas em astronomia mas em uma ampla gama de ciências, incluindo a profissão médica, para descoberta e diagnóstico, química, geologia, física e engenharia. É realmente uma das ferramentas mais importantes que os cientistas têm em seu arsenal de maneiras de estudar o cosmos.