Pogled na svemir iz nove perspektiveNa našu veliku žalost, nebeska tela ne možemo omirisati. Ne možemo
ih čuti, niti okusiti, a, sem Meseca i po kog meteoroida, ni dodirnuti.
Jedini izvor informacija nam je svetlost, što ona vidljiva, što neki od
drugih oblika elektromagnetnog zračenja: ultraljubičasto, infracrveno,
radio, X ili pak gama. Prema tome, primorani smo da taj jedini izvor
informacija što bolje iskoristimo: Pre svega izmerimo a zatim i da
razvijemo teoriju koja će nastanak i prenos svetlosti (zračenja)
povezati sa fizičkim uslovima koji vladaju na nebeskim telima koja
posmatramo.
Prvo smo samo brojali zvezde, pamtili njihov položaj i beležili neke
izuzetne dogadjaje (kao što je npr. Prolazak komete ili eksplozija
supernove). Medjutim, vrlo rano je nekome palo na pamet da bi to koliko
je koji objekat na nebu sjajan moglo biti važno, pa smo počeli i da ih
klasifikujemo po sjaju. To je prvi uradio možda i najčuveniji astronom
starog doba, Hiparh. On je podelio zvezde na šest klasa, tako da su
zvezde prve klase bile najsjajnije a zvezde šeste klase najmanje sjajne.
U devetnaestom veku je Pogson (Norman Robert Pogson) uveo red u taj
sistem tako što je tačno definisao prividan sjaj nebeskog dela kao
merilo toga koliko svetlosti sa tog nebeskog tela stiže na Zemlju.
Svega nekoliko godina kasnije, Kirhof (Gustav Kirchhoff) i Bunzen
(Robert Bunsen) su identifikovali prisustvo i odsustvo tamnih linija u
spektru kao prisustvo i odsustvo hemijskih elemenata. To otkriće
predstavlja radjanje spektroskopije. Doprinos spektroskopije astronomiji
i astrofizici je nemerljiv. Bukvalno svaka oblast astronomije se makar
oslanja na spektroskopske metode ako već nije zasnovana na njima. Svaki
iole ozbiljniji teleskop današnjice je opremljen za spekroskopska
posmatranja (Kada kažemo spektar, mislimo na raspodelu intenziteta
zračenja nekog tela po talasnim dužinama). Upravo spektroskopija goni
razvoj novih instrumenata: Ukoliko merimo sjaj objekata na vrlo uskim
intervalima talasnih dužina, potrebno nam je mnogo više svetlosti, pa
samim tim i veći instrument. Medjutim, drugom polovinom dvadesetog veka
smo otišli korak dalje. A da bismo ispričali tu priču vratićemo se opet u
vreme Pogsona, Kirhofa i Bunzena i podsetiti se otkrića još jednog
velikog fizičara, Sera Džordža Stoksa (Sir George Stokes).
Osobina nekih elemenata da “dvojako” propuštaju svetlost bila je poznata
već neko vreme. Naime, neki kristali su zrak svetlosti propušten kroz
njih delili na dva zraka od kojih se svaki drugačije prelamao. Nazirala
se tu ideja da se zrak svetlosti možda sastoji od dve komponente koje se
drugačije ponašaju, ali tek je Stoks jasno definisao polarizaciju kao
merljivu osobinu svetlosti. Koristeći gorepomenute kristale i još neke
optičke elemente on je pokazao da se zrak svetlosti može u potpunosti
opisati pomoću četiri veličine: I (intenzitet), Q, U i V. Ove četiri
veličine su, u čast velikog naučnika kasnije dobile ime “Stoksovi
parametri”.
Šta su uopšte ovi parametri? Za intenzitet nam je
jasno da predstavlja, najjednostavnije rečeno, merilo energije koju
svetlost nosi sa sobom. Ostala tri parametra opisuju tzv. stanje
polarizacije svetlosti. Polarizacija je posledica talasne prirode
svetlosti: (Mada i još neki talasi mogu biti polarizovani.) Svetlost se
može jako dobro (a i to znamo od XIX veka) predstaviti kao
elektromagnetni talas, odnosno kao prenošenje oscilacija električnog i
magnetnog polja. Zanimljiva je osobina ovakvih talasa da dva električna
polja koja osciluju u normalnim pravcima uopšte medjusobno ne
interaguju.
Ukoliko je svetlost sačinjena od talasa koji svi
osciluju u različitim pravcima, onda kažemo da je nepolarizovana, dok
ukoliko svi talasi osciluju u istom pravcu onda kažemo da je linearno
polarizovana. Ako se može razložiti u dva talasa koji osciluju u
normalnim pravcima sa nekom faznom razlikom (“kašnjenjem”) izmedju njih,
onda kažemo da je svetlost eliptično polarizovana, dok je poseban oblik
eliptične polarizacije kružna polarizacija. Naravno, uvodjenje tri
dodatne veličine nam daje nove informacije, ali i komplikuje stvari.
Ne samo što je polarizaciju svetlosti teže izmeriti nego intenzitet,
već je i teorijski opisati nastanak i prenos ovakve svetlosti pozamašan
poduhvat. Veliki doprinos toj oblasti je dao nobelovac Subramanijam
Čandrasekar (a ko drugi), koji je u njegovoj naoko maloj, ali
kondenzovanoj knjizi “Radiative Transfer” iz 1950 godine dao matematičke
osnove i “recept” za tretman polarizovane svetlosti. Često se u novijoj
astrofizičkoj literaturi sreće izraz “intensity vector” (vektor
intenziteta), pod čim se misli da se intenzitet elektromagnetnog
zračenja u stvari sastoji iz gore pomenute četiri komponente.
Nije dugo prošlo a uspeli smo da vidimo ne samo kako je svetlost Sunca
polarizovana nego i kako ta polarizacija zavisi od talasne dužine. Sada
se već često sreće izraz “drugi spektar Sunca (second solar spectrum)”
koji obeležava ne zavisnost intenziteta od talasne dužine I(λ) već
zavisnost stepena linearne polarizacije od talasne dužine Q/I(λ). Ovaj
spektar izgleda potpuno drugačije od onog spektra na koji smo navikli.
Linije nekih elemenata su mnogo uočljivije nego što bi bile da
analiziramo intenzitet, nekih uopšte nema, dok npr. sunčeve pege i
protuberance gledane “u polarizaciji” izgledaju opet dosta drugačije.
Postoji nekoliko fizičkih procesa koji dovode do polarizacije svetlosti
koja dolazi do nas do sa nebeskih tela. Pre svega to je prisustvo
magetnog polja, koje direktno utiče i na linearnu polarizaciju svetlosti
(Hanle efekat) a i na kružnu polarizaciju svetlosti (Zemanov efekat).
Veliku ulogu igraju i procesi rasejanja svetlosti na atomima i
elektronima, kao i sudarni procesi izmedju atoma koji emituju/rasejavaju
svetlost sa drugim česticama. Analiza polarizacije u spektralnim
linijama nam daje nove mogućnosti da izvedemo zaključke o svim ovim
procesima. Nije preterano reći da spektropolarimetrijska posmatranja
kriju u sebi barem toliko informacija kao i spektrometrijska a ona su
nam samo za ovih manje od 200 godina dala obilje novih podataka.
Medjutim, cela oblast je još u razvitku, kako posmatrački tako i
teorijski. Prvo, svetlost koja dolazi do nas sa nebeskih tela je slabo
polarizovana pa nam treba barem 100 do 1000 puta veća preciznost nego za
spektroskopska posmatranja, što samim tim traži isto toliko puta više
svetlosti, odnosno mnogo veći detektor (teleskop). Za sada jedino toliko
svetlosti možemo da dobijemo sa Sunca. Vrlo je važno istaći koliko je
Sunce važno kao objekat za posmatranje. Ne samo zbog trivijalnog razloga
da bez njega nema života, nego upravo zbog toga što nam omogućava da
mnoge efekte posmatramo sa ogromnom preciznošću (u poredjenju sa drugim
nebeskim telima), kao i da isprobavamo nove posmatračke tehnike.
Instrument koji bi trebalo da nam da do sada najbolji uvid u našu
matičnu zvezdu je European Solar Telescope (EST), teleskop prečnika
objektiva 4m (za poredjenje, trenutno najveći teleskop za posmatranje
Sunca ima prečnik objektiva više nego dva puta manji), koji će biti
postavljen na Kanarskim oblastima. Ogledalo (objektiv) ovog teleskopa će
se sastojati od 5 delova i podržavaće tzv. “adaptivnu optiku”, metodu
koja omogućava da se ukloni negativan uticaj Zemljine atmosfere na
atmosferska posmatranja i time poveća prostorna prezicnost za red
veličine. Teleskop će biti optimizovan za spektroskopska i
spektropolarimetrijska posmatranja velike prostorne i vremeneske
rezolucije. To znači da ćemo moći da posmatramo dogadjaje na Suncu do
najsitnijih detalja a i da ispratimo burne dogadjaje i dobro pokrijemo
regione koji se brzo menjaju. Medjutim, do šireg upliva
spektropolarimetrije u posmatranja ostalih objekata ćemo morati još da
sačekamo.
Što se teorije tiče, i tu nas čeka još mnogo posla.
Polarizacija svetlosti je posledica različite populisanosti podnivoa
unutar jednog energetskog nivoa u atomu ili molekulu (svetlost nastaje
ili biva apsorbovana kada elektron predje sa jednog energetskog nivoa na
drugi), a trenutno nam je teško da izračunamo i predvidimo šta se tačno
dešava sa polarizovanim zračenjem koje prolazi kroz atmosferu zvezde
kada u priču uključimo više od dva nivoa od kojih svaki daje neki
doprinos polarizaciji. Sve u svemu, istraživanja ne jenjavaju, solarni
teleskopi i solarni fizičari rade sve u šesnaest, a šta se još krije iza
stoksovih parametara ostaje još da vidimo.
Izvor: B92
Prijem 
