Sólin Sólin Rís 07:14 • sest 19:25 í Reykjavík
Tunglið Tunglið Rís 19:57 • Sest 10:19 í Reykjavík
Flóð Flóð Árdegis: 07:38 • Síðdegis: 19:53 í Reykjavík
Fjaran Fjara Árdegis: 01:35 • Síðdegis: 13:47 í Reykjavík

Hvernig er alheimurinn á litinn?

Mark Lovell

Alheimurinn nær til alls sem við þekkjum, og er þar með það litríkasta sem hugsast getur!

Við sjáum þó ekki alla þessa litadýrð frá jörðinni. Plánetan jörð er í grennd við sólina, sem er hluti af stjörnuþokunni okkar sem kallast Vetrarbrautin. Utan um þessi fyrirbæri alheimsins er gashjúpur sem gleypir suma liti ljóssins, og varnar því að við sjáum suma langt aðkomna liti. Til að svara spurningunni þurfum við að gera ráð fyrir að við komumst út fyrir Vetrarbrautina og skoðum hvaða liti augu okkar skynja þar.

Fyrst er rétt að skoða merkingu hugtaksins litur og tengingu þess við ljós. Ljós sem við skynjum er bylgjur sem berast frá ljóslind til augna okkar. Bylgjurnar eru hlaðnar orkuskömmtum og stærð skammtanna tengist lit ljóssins. Orkumestu ljósbylgjurnar, sem augu okkar nema, tengjast fjólubláa litnum. Næst í orkuröðinni er blái liturinn, svo grænn og gulur. Minnstu orkuskammtar sem augun greina tengjast rauðum lit.

Samsetning bylgjublöndu sem berst frá fleti til augna okkar ræður litaáferðinni sem við skynjum. Ef bylgjurnar eru allar í orkuríkari endanum verður áferðin fjólublá eða blá, en rauðleit fyrir bylgjur í hinum enda orkukvarðans. Blöndun ólíkra orkuskammta framkallar nýja liti: rauður og blár mynda bleikan lit. Jöfn blanda allra lita gefur hvíta áferð. Fleti, sem ekki geisla ljósbylgjum sem henta augum okkar, skynjum við svarta.

Mynd 1. Geldingardalahraun í apríl 2021. Bráðið hraun glóir rauðu ljósi, en kalt hraun glóir ekki heldur endurkastar aðeins lítillega áfallandi ljósi og fær þannig svarta áferð.

Skoðum hvernig ljós er myndað og hvernig orkuskammtar þess eru breytilegir eftir gerð geislalindar. Með upphitun umfram nokkur hundruð selsíusgráður fara yfirborðsfletir fastra efna að glóa, geisla sýnilegu ljósi. Geislunin byrjar með rauðum lit, en við bætast orkuríkari bylgjur með gulleitan eða jafnvel bláleitan blæ við hærra hitastig. Látum nú ljós sem framleitt er á þennan hátt falla á annan kaldari flöt. Eðliseiginleikar flatarins ráða hvaða liti hann gleypir og hverjum hann speglar frá sér aftur. Við skynjum ljósið sem flöturinn speglar, og summa allra litanna verður litaáferð flatarins. Flötur sem speglar öllu ljósi verður hvítur í hvítu ljósi, en svartur ef speglunin er dauf. Dæmi um dauft endurkast er á mynd 1. frá köldu hrauni í Geldingadölum í apríl 2021. Heitt hraunið flæðir rauðglóandi frá gígnum, en kólnar fljótt svo litaáferðin ræðst eftir það af speglun sólarljóssins. Hraunið gleypir sólarljósið að mestu svo speglunin verður dauf og við skynjum dökka áferð.

Við getum nú beitt þessum hugmyndum um litaáferð við athugun á alheiminum eins og hann birtist okkur af sjónarhóli utan Vetrarbrautarinnar. Stakar störnuþokur eru myndaðar af milljónum eða milljörðum stjarna, sem eru ljóslindir heimsins. Litaáferð stjarnanna ræðst af hitastigi þeirra. Þær köldustu eru rauðleitar, líkt og rennandi hraun, en heitari stjörnur hafa bláleitari áferð. Heitar bláar stjörnur eru miklu kröftugri ljóslindir en þær kaldari rauðleitu. Á móti kemur að þær bláu endast aðeins í nokkrar milljónir ára og enda ferilinn sem sprengistjörnur. Þær rauðu endast hinsvegar í milljarða ára. Á svæðum stjörnuþoku þar sem ungstirni eru ráðandi er blái liturinn áberandi, meðan eldri svæði eru gul- eða rauð-leitari.

Mynd 2. Reiknilíkan af Vetrarbrautinni (neðri vinstra megin) og nágrannanum Andrómedu (efri hægra megin). Yngri stjörnur eru sýndar bláleitar en þær eldri gular.

Þetta getum við sýnt með reiknilíkönum af þróun stjörnuþoka. Við komum kröfum frá lögmálum náttúrunnar fyrir í tölvuforritum sem sýna okkur myndun og þróun stjörnuþoka á við Vetrarbrautina og nágranna hennar Andrómedu (mynd 2). Svartur verður ráðandi litur í sviðsmyndinni því rúmið er að mestu tómt. Efnislaust svæði getur hvorki geislað né endurkastað ljósi. Yngri stjörnur eru litaðar bláar og þær eldri gular. Litadreifingin sýnir að stjörnurnar raðast að nokkru í aldurshópa í rúminu.

Hér höfum við tengt lit við stærð orkuskammta þess ljóss sem augu okkar nema. Efni í geimnum getur geislað ljósi á miklu stærra orkubili en augu okkar skynja, frá orkulitlum útvarpsbylgjum til orkuríkra gammageisla. Mynd 3 sýnir tvær tölvugerðar líkanmyndir af þyrpingu stjörnuþoka. Vinstri myndin sýnir stjörnurnar og sú hægri heitt gas á milli þeirra. Hitastig gassins í þyrpingunni er 10 milljón selsíusgráður, meira en þúsundfalt hitastig á rennandi hrauni. Gasið glóir með röntgengeislum sem augu okkar greina ekki.

Mynd 3. Líkan af þyrpingu stjörnuþoka. Vinstri hlutinn sýnir stjörnurnar og sá hægri sýnir hitastigsdreifingu í gasinu á milli stjarnanna. Liturinn tengist hitastiginu, kalt gas grænleitt og mjög heitt röntgen-geislandi gas rauðleitt.

Af framansögðu er ljóst að við skynjum alheiminn að mestu svartan, með svolítilli blöndu af bláu, gulu og rauðu, því augu okkar eru ekki næm fyrir fjölbreyttari geislun frá gasinu milli stjarnanna.

Myndir:
  • Mynd 1. Höfundur myndar: M. Lovell.
  • Mynd 2. Höfundar forrits: M. Lovell et al. (DOI: 10.1093/mnras/staa2525). Höfundur myndar: M. Lovell.
  • Mynd 3. Höfundar forrits: Y. Bahé, D. Barnes et al. (DOI: 10.1093/mnras/stx1403, DOI: 10.1093/mnras/stx1647). Höfundur myndar: M. Lovell.

Ari Ólafsson, dósent í eðlisfræði við HÍ, þýddi textann úr ensku.

Höfundur

Mark Lovell

rannsóknasérfræðingur í stjarneðlisfræði við HÍ

Útgáfudagur

30.8.2021

Spyrjandi

Birta Rós Hannesdóttir

Tilvísun

Mark Lovell. „Hvernig er alheimurinn á litinn?“ Vísindavefurinn, 30. ágúst 2021. Sótt 23. september 2021. http://visindavefur.is/svar.php?id=74239.

Mark Lovell. (2021, 30. ágúst). Hvernig er alheimurinn á litinn? Vísindavefurinn. Sótt af http://visindavefur.is/svar.php?id=74239

Mark Lovell. „Hvernig er alheimurinn á litinn?“ Vísindavefurinn. 30. ágú. 2021. Vefsíða. 23. sep. 2021. <http://visindavefur.is/svar.php?id=74239>.

Chicago | APA | MLA

Spyrja

Sendu inn spurningu LeiðbeiningarTil baka

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=

Senda grein til vinar

=

Hvernig er alheimurinn á litinn?
Alheimurinn nær til alls sem við þekkjum, og er þar með það litríkasta sem hugsast getur!

Við sjáum þó ekki alla þessa litadýrð frá jörðinni. Plánetan jörð er í grennd við sólina, sem er hluti af stjörnuþokunni okkar sem kallast Vetrarbrautin. Utan um þessi fyrirbæri alheimsins er gashjúpur sem gleypir suma liti ljóssins, og varnar því að við sjáum suma langt aðkomna liti. Til að svara spurningunni þurfum við að gera ráð fyrir að við komumst út fyrir Vetrarbrautina og skoðum hvaða liti augu okkar skynja þar.

Fyrst er rétt að skoða merkingu hugtaksins litur og tengingu þess við ljós. Ljós sem við skynjum er bylgjur sem berast frá ljóslind til augna okkar. Bylgjurnar eru hlaðnar orkuskömmtum og stærð skammtanna tengist lit ljóssins. Orkumestu ljósbylgjurnar, sem augu okkar nema, tengjast fjólubláa litnum. Næst í orkuröðinni er blái liturinn, svo grænn og gulur. Minnstu orkuskammtar sem augun greina tengjast rauðum lit.

Samsetning bylgjublöndu sem berst frá fleti til augna okkar ræður litaáferðinni sem við skynjum. Ef bylgjurnar eru allar í orkuríkari endanum verður áferðin fjólublá eða blá, en rauðleit fyrir bylgjur í hinum enda orkukvarðans. Blöndun ólíkra orkuskammta framkallar nýja liti: rauður og blár mynda bleikan lit. Jöfn blanda allra lita gefur hvíta áferð. Fleti, sem ekki geisla ljósbylgjum sem henta augum okkar, skynjum við svarta.

Mynd 1. Geldingardalahraun í apríl 2021. Bráðið hraun glóir rauðu ljósi, en kalt hraun glóir ekki heldur endurkastar aðeins lítillega áfallandi ljósi og fær þannig svarta áferð.

Skoðum hvernig ljós er myndað og hvernig orkuskammtar þess eru breytilegir eftir gerð geislalindar. Með upphitun umfram nokkur hundruð selsíusgráður fara yfirborðsfletir fastra efna að glóa, geisla sýnilegu ljósi. Geislunin byrjar með rauðum lit, en við bætast orkuríkari bylgjur með gulleitan eða jafnvel bláleitan blæ við hærra hitastig. Látum nú ljós sem framleitt er á þennan hátt falla á annan kaldari flöt. Eðliseiginleikar flatarins ráða hvaða liti hann gleypir og hverjum hann speglar frá sér aftur. Við skynjum ljósið sem flöturinn speglar, og summa allra litanna verður litaáferð flatarins. Flötur sem speglar öllu ljósi verður hvítur í hvítu ljósi, en svartur ef speglunin er dauf. Dæmi um dauft endurkast er á mynd 1. frá köldu hrauni í Geldingadölum í apríl 2021. Heitt hraunið flæðir rauðglóandi frá gígnum, en kólnar fljótt svo litaáferðin ræðst eftir það af speglun sólarljóssins. Hraunið gleypir sólarljósið að mestu svo speglunin verður dauf og við skynjum dökka áferð.

Við getum nú beitt þessum hugmyndum um litaáferð við athugun á alheiminum eins og hann birtist okkur af sjónarhóli utan Vetrarbrautarinnar. Stakar störnuþokur eru myndaðar af milljónum eða milljörðum stjarna, sem eru ljóslindir heimsins. Litaáferð stjarnanna ræðst af hitastigi þeirra. Þær köldustu eru rauðleitar, líkt og rennandi hraun, en heitari stjörnur hafa bláleitari áferð. Heitar bláar stjörnur eru miklu kröftugri ljóslindir en þær kaldari rauðleitu. Á móti kemur að þær bláu endast aðeins í nokkrar milljónir ára og enda ferilinn sem sprengistjörnur. Þær rauðu endast hinsvegar í milljarða ára. Á svæðum stjörnuþoku þar sem ungstirni eru ráðandi er blái liturinn áberandi, meðan eldri svæði eru gul- eða rauð-leitari.

Mynd 2. Reiknilíkan af Vetrarbrautinni (neðri vinstra megin) og nágrannanum Andrómedu (efri hægra megin). Yngri stjörnur eru sýndar bláleitar en þær eldri gular.

Þetta getum við sýnt með reiknilíkönum af þróun stjörnuþoka. Við komum kröfum frá lögmálum náttúrunnar fyrir í tölvuforritum sem sýna okkur myndun og þróun stjörnuþoka á við Vetrarbrautina og nágranna hennar Andrómedu (mynd 2). Svartur verður ráðandi litur í sviðsmyndinni því rúmið er að mestu tómt. Efnislaust svæði getur hvorki geislað né endurkastað ljósi. Yngri stjörnur eru litaðar bláar og þær eldri gular. Litadreifingin sýnir að stjörnurnar raðast að nokkru í aldurshópa í rúminu.

Hér höfum við tengt lit við stærð orkuskammta þess ljóss sem augu okkar nema. Efni í geimnum getur geislað ljósi á miklu stærra orkubili en augu okkar skynja, frá orkulitlum útvarpsbylgjum til orkuríkra gammageisla. Mynd 3 sýnir tvær tölvugerðar líkanmyndir af þyrpingu stjörnuþoka. Vinstri myndin sýnir stjörnurnar og sú hægri heitt gas á milli þeirra. Hitastig gassins í þyrpingunni er 10 milljón selsíusgráður, meira en þúsundfalt hitastig á rennandi hrauni. Gasið glóir með röntgengeislum sem augu okkar greina ekki.

Mynd 3. Líkan af þyrpingu stjörnuþoka. Vinstri hlutinn sýnir stjörnurnar og sá hægri sýnir hitastigsdreifingu í gasinu á milli stjarnanna. Liturinn tengist hitastiginu, kalt gas grænleitt og mjög heitt röntgen-geislandi gas rauðleitt.

Af framansögðu er ljóst að við skynjum alheiminn að mestu svartan, með svolítilli blöndu af bláu, gulu og rauðu, því augu okkar eru ekki næm fyrir fjölbreyttari geislun frá gasinu milli stjarnanna.

Myndir:
  • Mynd 1. Höfundur myndar: M. Lovell.
  • Mynd 2. Höfundar forrits: M. Lovell et al. (DOI: 10.1093/mnras/staa2525). Höfundur myndar: M. Lovell.
  • Mynd 3. Höfundar forrits: Y. Bahé, D. Barnes et al. (DOI: 10.1093/mnras/stx1403, DOI: 10.1093/mnras/stx1647). Höfundur myndar: M. Lovell.

Ari Ólafsson, dósent í eðlisfræði við HÍ, þýddi textann úr ensku....