Live τώρα    
24°C Αθήνα
ΑΘΗΝΑ
Ελαφρές νεφώσεις
24 °C
22.0°C24.8°C
3 BF 39%
ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ
Αίθριος καιρός
22 °C
21.0°C24.2°C
2 BF 52%
ΠΑΤΡΑ
Αίθριος καιρός
19 °C
18.8°C20.5°C
4 BF 63%
ΗΡΑΚΛΕΙΟ
Σποραδικές νεφώσεις
20 °C
19.3°C19.8°C
5 BF 60%
ΛΑΡΙΣΑ
Αίθριος καιρός
23 °C
22.9°C24.0°C
3 BF 33%
Η φασματική ταξινόμηση του Χάρβαρντ και η γέννηση της Αστροφυσικής
  • Μείωση μεγέθους γραμματοσειράς
  • Αύξηση μεγέθους γραμματοσειράς
Εκτύπωση

Η φασματική ταξινόμηση του Χάρβαρντ και η γέννηση της Αστροφυσικής

Σχηματική απεικόνιση των φασματικών τύπων της ταξινόμησης Χάρβαρντ

Από την Αστρονομία στην Αστροφυσική

Τον 19ο αιώνα μπήκαν τα θεμέλια σε πολλές από τις τεχνικές που χρησιμοποιούνται μέχρι και σήμερα από πολλά επιστημονικά πεδία. Μέσα σε ένα τέτοιο κλίμα, η Αστρονομία δεν θα μπορούσε να μείνει ανεπηρέαστη. Οι φυσικοί και οι χημικοί της εποχής μελέτησαν εκτεταμένα τα φάσματα εκπομπής και απορρόφησης των αερίων. Όταν προσφέρουμε αρκετή ενέργεια σε ένα αέριο ώστε αυτό να φωτοβολήσει, τότε το φως που αυτό εκπέμπει είναι χαρακτηριστικό του κάθε αερίου. Για παράδειγμα, οι ατμοί του νατρίου εκπέμπουν ένα χαρακτηριστικό πορτοκαλί φως, συγκεκριμένου μήκους κύματος. Εάν συνεχές φως διέλθει μέσα από ατμούς νατρίου σε κατάλληλη θερμοκρασία, τότε αυτοί θα απορροφήσουν ακριβώς αυτό το φως που μπορούν να εκπέμψουν. Αν αναλύσουμε το συνεχές φως που έχει διέλθει μέσα από ατμούς νατρίου, θα διαπιστώσουμε ότι η γνωστή ακολουθία των χρωμάτων της ίριδας (από το μπλε ώς το κόκκινο) διακόπτεται από συγκεκριμένες σκοτεινές γραμμές, με χαρακτηριστικότερη εκείνη που βρίσκεται στο πορτοκαλί χρώμα. Ομοίως, πειράματα με ατμούς άλλων μετάλλων έδειξαν ότι το καθένα από αυτά απορροφά το δικό του χαρακτηριστικό φως, παράγοντας το δικό του φάσμα απορρόφησης.

Παράλληλα, ο Γερμανός φυσικός Φράουνχοφερ μελέτησε με προσοχή το φάσμα του Ήλιου και παρατήρησε ότι και αυτό διακόπτεται από πολλές σκοτεινές γραμμές απορρόφησης. Παρατηρώντας και άλλους αστέρες, διαπίστωσε ότι ο καθένας από αυτούς έχει το δικό του χαρακτηριστικό φάσμα απορρόφησης. Αργότερα, η σύγκριση με τα αποτελέσματα των πειραμάτων που έγιναν στο εργαστήριο σε αέρια έδειξε ότι οι θέσεις αυτές των γραμμών απορρόφησης είναι συγκεκριμένες. Κάποιες από αυτές αντιστοιχούν σε γνωστά στοιχεία, όπως το υδρογόνο, ο σίδηρος και το νάτριο. Έγινε έτσι σαφές ότι το φάσμα του Ήλιου και των αστεριών σχηματίζεται όταν το φως που εκπέμπεται από την επιφάνειά τους διέρχεται από το αέριο κέλυφος που τα περιβάλλει, την ατμόσφαιρά τους. Η Αστρική Φασματοσκοπία είχε γεννηθεί και το ενδιαφέρον των αστρονόμων μετατοπίστηκε από την απλή μελέτη θέσεων και αποστάσεων στην πιο προσεκτική μελέτη του φωτός που αυτά εκπέμπουν. Σιγά-σιγά γεννιόταν η Αστροφυσική.

Παράλληλα, μέχρι τα μέσα του 19ου αιώνα είχε ήδη αναπτυχθεί η τεχνική της φωτογραφίας. Όπως ήταν φυσικό, ο «πειρασμός» να εφαρμοστεί η τεχνική στην παρατήρηση του ουρανού ήταν μεγάλος. Μέσα στον ίδιο αιώνα, η φωτογραφία έφτασε να θεωρείται η μόνη αξιόπιστη αποτύπωση αστρονομικής πληροφορίας, εκτοπίζοντας τα χειρόγραφα σχέδια.

Ο Χένρι Ντρέιπερ, γιατρός και ερασιτέχνης αστρονόμος, σκέφτηκε να συνδυάσει τις δύο τεχνικές, θέλοντας να φωτογραφίσει τα φάσματα ουράνιων αντικειμένων. Κατασκεύασε τον φασματογράφο, ένα συνδυασμό φασματοσκοπίου και φωτογραφικής μηχανής, με τον οποίο αποτύπωσε για πρώτη φορά το φάσμα ενός λαμπρού αστέρα, του Βέγα. Με το ίδιο όργανο ο Ντρέιπερ αποτύπωσε το φάσμα περισσότερων από εκατό αστεριών και η φιλοδοξία του ήταν να μελετήσει λεπτομερέστερα αυτά τα φάσματα αναπτύσσοντας και τα κατάλληλα όργανα μέτρησης. Ωστόσο, αυτό το σχέδιό του δεν πρόλαβε να το υλοποιήσει, καθώς πέθανε από πλευρίτιδα το 1882. Η σύζυγός του Αν Ντρέιπερ, με την οποία συνεργαζόταν στις αστρονομικές του μελέτες, αποφάσισε να χρηματοδοτήσει το Αστεροσκοπείο του Κολεγίου του Χάρβαρντ, υπό τη διεύθυνση του Έντουαρτ Πίκερινγκ, ώστε το όνειρο του Χένρι Νρέιπερ να υλοποιηθεί. Η φασματική ταξινόμηση του Χάρβαρντ ήταν προ των πυλών.

Η φασματική ταξινόμηση του Χάρβαρντ

Η εφαρμογή των τελευταίων τεχνολογιών της εποχής στην Αστρονομία του 19ου αιώνα είχε, χονδρικά, δύο μεγάλα αποτελέσματα. Όλο και μεγαλύτερα τηλεσκόπια, σε όλο και πιο μεγάλα αστεροσκοπεία, συνοδεύονταν από εφευρέσεις με τις οποίες μπορούσε κανείς να μετρήσει με ακρίβεια τις θέσεις των αστεριών, να τα αποτυπώνει σε φωτογραφικές πλάκες και να παρακολουθεί τα μεγέθη τους. Ταυτόχρονα, όμως, όπως ήταν φυσικό, συσσωρεύτηκε μεγάλος αριθμός παρατηρήσεων. Κάθε βράδυ παρατήρησης, οι (άνδρες) αστρονόμοι σημείωναν τις μετρήσεις τους, οι οποίες, προτού χρησιμοποιηθούν για κάποια επιστημονική μελέτη, έπρεπε να διορθωθούν. Έπρεπε, για παράδειγμα, να εκτιμηθεί η απορρόφηση της ατμόσφαιρας, να υπολογιστούν οι συντεταγμένες των αστεριών κ.λπ., διορθώσεις για τις οποίες απαιτούνταν ένας πολύ μεγάλος αριθμός πράξεων.

Για τις πράξεις αυτές χρησιμοποιήθηκαν υπολογιστές. Ο όρος αυτός την εποχή εκείνη δεν αναφερόταν σε κάποιο μηχάνημα, αλλά σε άνθρωπο. Την εποχή που η Αν Ντρέιπερ αποφάσισε να συνεχίσει το έργο του συζύγου της, το Αστεροσκοπείο του Χάρβαρντ προσλάμβανε ήδη γυναίκες για τις θέσεις των ανθρώπινων υπολογιστών. Είχε προηγηθεί η θέσπιση γυναικείων κολεγίων στις Ηνωμένες Πολιτείες Αμερικής, τα οποία έδιναν τη δυνατότητα σε γυναίκες να έχουν πλήρη πανεπιστημιακή μόρφωση (κάτι που δεν ήταν δεδομένο εκείνη την εποχή). Οι απόφοιτες αυτών των κολεγίων είχαν προχωρημένες γνώσεις στα Μαθηματικά και στις επιστήμες, χωρίς όμως απαραίτητα να τους αναγνωρίζεται από την ανδροκρατούμενη επιστημονική κοινότητα της εποχής το status ενός επιστήμονα. Θεωρούνταν λοιπόν, συχνά, ότι είναι οι καταλληλότερες για τις θέσεις των υπολογιστών, καθώς θα μπορούσαν να αφοσιωθούν σε εργασίες ρουτίνας, ενώ οι άνδρες συνάδελφοί τους θα είχαν την ευθύνη του χειρισμού των τηλεσκοπίων και των οργάνων παρατήρησης.

Το 1886, με τη χρηματοδότηση από την Αν Ντρέιπερ του προγράμματος της μελέτης των αστρικών φασμάτων, ξεκίνησε μια εποχή εντατικής και πρωτοποριακής μελέτης. Δεκάδες γυναίκες προσελήφθησαν από τον Πίκερινγκ για να επεξεργαστούν τις παρατηρήσεις του αστεροσκοπείου, ενώ ταυτόχρονα κατασκευάστηκε ένα παρατηρητήριο στο Περού για να μελετηθούν και αστέρες ορατοί από το νότιο ημισφαίριο. Από το προσωπικό που εργάστηκε για τη φασματική ταξινόμηση αναδείχτηκαν μεγάλες γυναίκες αστρονόμοι, όπως η Βιλεμίνα Φλέμινγ, η Άνι Τζαμπ Κάνον, η Αντόνια Μάουρι και η Ενριέτα Λίβιτ, οι οποίες απέκτησαν ευρεία αναγνώριση τόσο στην Αμερική όσο και στην Ευρώπη και η έρευνά τους διαμόρφωσε σε πολύ μεγάλο βαθμό την Αστροφυσική όπως τη γνωρίζουμε σήμερα.

Για τη φασματική ταξινόμηση του Χάρβαρντ τελικά μελετήθηκαν περισσότερα από 200.000 φάσματα αστεριών. Αυτά ήταν αποτυπωμένα πάνω σε ασπρόμαυρες φωτογραφικές πλάκες, στις οποίες η ακολουθία των χρωμάτων από το μπλε ώς το κόκκινο ήταν απλώς μια ακολουθία αποχρώσεων του γκρι. Οι γυναίκες του Χάρβαρντ μελετούσαν τα φάσματα με μεγεθυντικούς φακούς και ειδικά όργανα μέτρησης ώστε να προσδιορίσουν τη θέση, το πάχος και το πλήθος των γραμμών. Τα διάφορα μοτίβα των κατακόρυφων σκοτεινών γραμμών που περιείχαν τα φάσματα έπρεπε να ταξινομηθούν σε κατηγορίες.

Ήδη από τις δεκαετίες του 1860 και 1870, τα αστέρια που είχαν παρατηρηθεί από τον Ιταλό Άντζελο Σέκι είχαν χωριστεί σε πέντε κατηγορίες ανάλογα με το χρώμα τους και το είδος των γραμμών που περιείχαν τα φάσματά τους. Για παράδειγμα, στην Τάξη I ανήκαν αστέρες με λευκό ή μπλε χρώμα και πλατιές γραμμές υδρογόνου, ενώ η Τάξη ΙΙ περιείχε αστέρες με εμφανείς τις γραμμές απορρόφησης μετάλλων, όπως ο Ήλιος. Η έρευνα του Χάρβαρντ τελικά οδήγησε σε μια πολύ πιο συστηματική ταξινόμηση των αστεριών και αντικατέστησε το σύστημα του Σέκι, ενώ με κάποιες μετατροπές και προσθήκες χρησιμοποιείται μέχρι σήμερα.

Για τις διάφορες κατηγορίες χρησιμοποιήθηκαν γράμματα του αγγλικού αλφαβήτου και συγκεκριμένα τα O, B, A, F, G, K και M. Σήμερα, οι κατηγορίες αυτές συμπληρώνονται από δεκαδικές υποδιαιρέσεις (π.χ. G2 κ.λπ.), ενώ στα δύο άκρα της ταξινόμησης έχουν προστεθεί μερικές ακόμα, οι οποίες συμβολίζονται με τα γράμματα W, P, Q (στο αριστερό άκρο) και R, N, S (στο δεξί άκρο της ακολουθίας). Θα πρέπει να σημειωθεί ότι στη δεκαετία του 1940 ακόμα μία φασματική ταξινόμηση, εκείνη του αστεροσκοπείου του Γιέρκς, συμπλήρωσε τις κατηγορίες αυτές με επιπλέον ένα χαρακτηριστικό, την τάξη φωτεινότητας (υπεργίγαντας, γίγαντας, νάνος κ.λπ.), η οποία υποδηλώνεται με λατινικούς αριθμούς (I, II, ΙΙΙ κ.λπ.). Η κατάταξη των αστεριών που χρησιμοποιούμε σήμερα είναι συνδυασμός των δύο αυτών μεγάλων ταξινομήσεων.

Η σημασία της ταξινόμησης του Χάρβαρντ για τη σύγχρονη Αστροφυσική

Η σημασία ενός συστήματος ταξινόμησης κρίνεται από το μέγεθος του δείγματος πάνω στο οποίο στηρίζεται, από τη συμβατότητά του με τις ήδη υπάρχουσες γνώσεις αλλά και από τη δυνατότητά τους να κατευθύνουν την έρευνα σε νέες κατευθύνσεις.

Το σύστημα ταξινόμησης του Χάρβαρντ ήταν το μεγαλύτερο και πιο φιλόδοξο πρόγραμμα της εποχής του. Τα εκατοντάδες χιλιάδες αστέρια που περιείχε άφηναν πολύ μικρό περιθώριο σε όσους ήθελαν να αμφισβητήσουν τη σημασία του. Ταυτόχρονα, έγινε αποδεκτό από πολλούς νέους και παλιούς επιστήμονες των αρχών του 20ού αιώνα. Αρχικά, δέχτηκε κριτική από μερικούς διότι τα γράμματα της ακολουθίας δεν είναι σε αλφαβητική σειρά. Πράγματι, αν και οι αρχικές προθέσεις ήταν να χρησιμοποιηθεί αλφαβητική σειρά, χρησιμοποιώντας την ταξινόμηση του Σέκι ως σημείο αναφοράς, οι διάφορες κατηγορίες ταξινομήθηκαν διαφορετικά. Επιπλέον, εκφράστηκε από μερικούς ότι θα ήταν προτιμότερο οι κατηγορίες να χαρακτηρίζονται από γνωστούς αντιπροσωπευτικούς αστέρες αντί για γράμματα, ώστε να δημιουργείται αμέσως η εικόνα στον επιστήμονα του τι συμβολίζει η κάθε ομάδα. Πάντως, η τελική σειρά των κατηγοριών από το O ώς το M αποδείχτηκε ότι αντιπροσωπεύει μια σειρά φθίνουσας θερμοκρασίας. Δηλαδή τα αστέρια τύπου Ο είναι τα θερμότερα (με επιφανειακή θερμοκρασία περίπου 50.000 βαθμών Κέλβιν), ενώ τα αστέρια Μ τα ψυχρότερα (περίπου 3.000 βαθμοί Κέλβιν).

Την εποχή που δημοσιεύονταν οι πρώτες εκδοχές του καταλόγου του Χάρβαρντ, δημιουργήθηκε η εσφαλμένη αντίληψη ότι αυτή η ακολουθία αντιπροσωπεύει επίσης και την εξέλιξη της ζωής των αστεριών. Από πολλούς πιστευόταν ότι οι αστέρες ξεκινούν τη ζωή τους ως θερμοί τύπου Ο και καταλήγουν ως ψυχροί τύπου Μ. Σύντομα όμως έγινε σαφές ότι κάτι τέτοιο δεν ισχύει, δηλαδή ότι η κατάταξη ενός αστέρα σε μια κατηγορία από αυτές της ταξινόμησης του Χάρβαρντ δεν αντιπροσωπεύει την εξελικτική του κατάσταση, δηλαδή το στάδιο της ζωής του στο οποίο βρίσκεται.

Η τεράστια σε όγκο δουλειά που έγινε στο αστεροσκοπείο του Χάρβαρντ τροφοδότησε την έρευνα στην Αστροφυσική και σε άλλους τομείς του πεδίου. Σημαντική πρόοδος έγινε στη μελέτη των μεταβλητών αστεριών, δηλαδή των αστεριών τα οποία μεταβάλλουν τη λαμπρότητά τους με τον χρόνο. Μελετώντας μια κατηγορία μεταβλητών αστεριών, τους Κηφείδες, η Ενριέτα Λίβιτ, μέλος της ομάδας του Χάρβαρντ, έδειξε ότι η λαμπρότητά τους συνδέεται με την περίοδο μεταβολής του. Το πολύ σημαντικό αυτό εύρημα μας δίνει τη δυνατότητα να μετράμε αποστάσεις στο Σύμπαν. Επίσης, στις δεκαετίες που ακολούθησαν, με τη βοήθεια ταξινομήσεων όπως αυτή του Γιέρκς, η οποία συμπλήρωσε τις κατηγορίες του Χάρβαρντ, είχαμε τη δυνατότητα να φτιάξουμε μοντέλα που να περιγράφουν ακόμα και το εσωτερικό των αστεριών ή τα διάφορα στάδια της ζωής τους, από τη γέννησή τους ώς τον, συχνά, εντυπωσιακό τους θάνατο.

Γιάννης Κοντογιάννης

ΣΧΕΤΙΚΑ ΑΡΘΡΑ

ΓΝΩΜΕΣ

ΠΕΡΙΣΣΟΤΕΡΑ

EDITORIAL

ΑΝΑΛΥΣΗ

SOCIAL