منشأ رنگ اجرام آسمانی چیست؟

بدون شک دلفریب ترین تصاویر حوزه علم را می توان در دانش اخترشناسی جستجو کرد. تصاویری که هم برای عموم از جذابیت خاصی برخوردارند؛ و بدون هیچگونه تغییری برای دانشمندان و اخترشناسان نیز حاوی پیام ها و داده های علمی غنی می باشند. رنگ های موجود در این تصاویر، بسیاری از آنها را همچون تابلوهای نقاشی باشکوهی می کند که باور واقعی بودن آنها برای ما سخت است.

گفتیم که برای مثال دوربین های تلسکوپ فضایی هابل، چگونه می توانند چنین تصاویر رنگی و پروضوحی را تهیه کنند. در حقیقت زمانیکه یک جرم آسمانی را از پشت تلسکوپ مشاهده می کنیم، با آنچه که در عکس همان جرم می بینیم، تفاوت بسیار دارد. سلولهای استوانه ای چشمان ما که مسئول تشخیص رنگها هستند، نسبت به نور کم فروغ اجرام آسمانی آنچنان حساس نیست تا مستقیماً آنها را تشخیص دهد. بعلاوه این سلولها در راستای خط دید ما قرار نداشته و در اطراف نقطه کانونی بر روی شبکیه پخش شده اند؛ یعنی اگر از پشت تلسکوپ مستقیماً به جرم مورد نظر نگاه نکنید، بلکه بصورت چپ چپ آنرا ببینید، شاید بتوانید ته رنگی از جرم مورد نظر را تشخیص دهید؛ اما در نجوم بهترین ابزار برای استخراج داده ها، عکسبرداری است.
پس تا اینجای کار دیدیم که رنگ این اجرام آسمانی واقعی است و برای زیبایی به آنها اضافه نمی شوند؛ اما تنها حسگرهای دوربین های عکاسی نجومی می تواند این رنگ ها را تشخیص دهد. حال ببنیم دلیل این رنگ ها چیست؛ مثلاً چرا یک سحابی به رنگ قرمز می درخشد ؟
در علم، رنگها معرف میزان انرژی نور هستند. مثلاً از نگاه یک ستاره شناس، نور رنگ آبی حامل انرژی بیشتری نسبت به نور رنگ قرمز است. به همین ترتیب قسمت های غیرمرئی طیف نیز نوعی رنگ محسوب می شوند که ما نمی توانیم آنها را تصور کنیم. مثلاً در زندگی تاکنون رنگ گاما را ندیده ایم و یا با رنگ امواج رادیویی آشنایی نداریم. با این حساب هر چیزی در جهان ما که از خود موج الکترومغناطیسی تابش کند، رنگی دارد. گاه این رنگها در یکدیگر ادغام می شوند و ما مثلاً خورشید را سفید می بینیم؛ اما وقتی که نور خورشید از یکدیگر مجزا شود، آنرا بصورت طیفی از رنگ ها خواهیم دید.
در این مطلب، بیشتر به توضیح رنگ سحابی ها می پردازیم؛ چراکه مردم بیشتر با مشاهده تصویر سحابی هاست که سؤالاتی درباره منشأ این رنگ ها به ذهنشان خطور می کند. در مطلب شماره 64، درباره رنگ ستارگان و علت تفاوت آنها نیز گفته بودیم. سحابی ها عمدتاً از گاز هیدروژن تشکیل شده اند. زمانی که یک ستاره می میرد و گازهای آن در فضا پخش می شود، این هیدروژن آرام آرام سرد شده و از تابش نور باز می ایستد. مادامی که این گازها در حال دور شدن از هسته لخت ستاره هستند که به شکل کوتوله سفید در آمده است؛ زیر تابش شدید ماورای بنفش و مادون قرمز آن قرار گرفته و شروع به نور افشانی می کنند. چون این تابش در گسترۀ انرژی وسیعی قرار دارد؛ گازهای اطراف کوتوله سفید نیز به رنگ های مختلفی می درخشند .

اما وقتی که این گازها سرد شده و از نورافشانی بازایستادند، به سحابی های تاریک تبدیل می شوند که همچون لکه ای سیاه در پهنه فضا، نور پشت زمینه خود را جذب می کنند . اما اگر یک ستاره در انفجاری مهیب از بین برود بطوریکه گاز هیدروژن زیادی را در فضا منتشر سازد، آنگاه سحابی های نشری گسترده ای پدید خواهند آمد که آرام آرام ستارگان نسل بعد از همین گازها تشکیل می شوند. زمانیکه این ستارگان تشکیل شدند، در نخستین دوران های حیات خود نور ماورای بنفش شدیدی را از خود متصاعد می کنند که در نتیجه آن، هیدروژن موجود در سحابی پیرامون برانگیخته شده و در نور قرمز شروع به درخشیدن می کند و به همین دلیل است که سحابی های نشری را به رنگ سرخ زیبایی در تصاویر می بینیم.
اما برخی اوقات حالت های پیچیده تری نیز رخ می دهد که به رنگ آمیزی سحابی ها کمک می کند. می دانیم که ستارگانی همچون خورشید در طیف گسترده ای از انرژی ها می درخشند و حاصل آمیزش این رنگها، رنگی مانند سفید می شود. وقتی یک پرتو سفید را از محیطی غلیظ وارد محیطی رقیق کنیم یا بالعکس؛ نور شکسته شده و چون میزان شکست رنگ های تشکیل دهنده نور سفید متفاوت است، رنگ های سازنده آن، از هم جدا می شوند. پدیده ای که در منشور بارها آن را دیده ایم و برایمان آشناست. وقتی نور یک ستاره نیز از محیط میان ستاره ای به درون یک سحابی وارد می شود، دچار انکسار می شود و رنگ های آن از هم جدا می شوند بطوریکه نور آبی با بیشترین زاویه و نور قرمز با کمترین زاویه پخش می شود. در تصویر پایین بخوبی چگونگی رنگ آمیزی یک سحابی بوسیله این روش توضیح داده شده است.

رنگ آمیزی سحابی سه تکه بوسیله پخش نور ستارگان پشت زمینه. همانطور که مشاهده می کنید، سحابی های اطراف سحابی اصلی نور آبی ستارگان پشت زمینه را بازتاب کرده اند و سحابی مرکزی نیز در نهایت نور باقیمانده که رنگ مایه ای قرمز دارد را به چشم ما می رساند

اگر ستاره را در پشت یک سحابی مشاهده کنیم، آنگاه سحابی را قرمز خواهیم دید چراکه رنگ آبی ستاره پشتی از نور سفید جداشده و تنها رنگهای گرمی مثل قرمز باقیمانده است. اما رنگ آبی همین ستاره، به نورافشانی سحابی دیگری که در جهت دیگری واقع است می پردازد و بدین ترتیب سحابی مزبور نور ستاره را به سمت ما بصورت آبی بازتاب می کند. به این سحابی ها سحابی بازتابی گفته می شود.

نمایی شماتیک از چگونگی پخش نور در سحابی ها. همانطور که مشاهده می کنید، نور آبی ستاره سفید رنگ، پس از پخش در سحابی با بیشترین زاویه به اطراف متمایل می شود و اگر چنانچه جسمی در مسیرش قرار گیرد، آنرا به رنگ آبی در می آورد. مانند سحابی کوچکی که در بالای سحابی قرمز رنگ تصویر دیده می شود.

کهکشان ها نیز از همین سحابی ها و ستارگان رنگارنگ تشکیل شده اند و بنابراین رنگ آنها نیز از مکانیسم های فوق ناشی می شود. در رابطه با رنگ سیارات، می بایست به ترکیب شیمیایی آنها رجوع کرد که در این مطلب به توضیح آن نمی پردازیم؛ اما در رابطه با علت رنگ قرمز مریخ، گفته بودیم. لازم به ذکر است، فرآیندهایی که در بالا به توضیح آنها پرداخته شد، تنها دلایل اصلی پدید آمدن رنگ اجرام آسمانی نیستند بلکه هر عاملی که برای مثال گاز یک سحابی را به برانگیختگی و تابش نور وادارد، دلیلی برای این رنگ های محسوب می شود که با این فرآیندها در روزهای آینده بیشتر آشنا خواهیم شد.