Je vesmír skutečně tak barevný jako na fotografiích?

Kdo by je neznal, pestrobarevné obrázky dalekých mlhovin. Je vesmír skutečně tak barevný jak je vidět na fotografiích? (délka blogu 5 min.)

Jak vypadá vesmír? Zdánlivě jednoduchá otázka. Každý přece zná fotografie nebe plného hvězd, Mléčné dráhy, pestrých mlhovin nebo galaxií. Obrázky a fotografie jsou jedna věc. Jak ale vypadají tyto útvary ve skutečnosti? Kdybychom vsedli do pomyslné rakety a letěli se na ně podívat - viděli bychom pouhýma očima vesmír tak, jak ho ukazují barevné fotografie?

Barva hvězd

Když uvažujeme o jejich barevnosti - vyskytují se ve vesmíru dva druhy objektů - barevné a nebarevné. K těm, které mají skutečně nějakou znatelnou barevnost, patří hvězdy. Jejich barva se určuje teplotou hvězdného povrchu.

Základní vlastností hvězd je jejich schopnost vyzařovat světlo. Je to vlastnost, která je společná všem objektům teplejším než nula Kelvinů. Odlišný je jen druh „světla“ (tedy elektromagnetického záření), které různě horké objekty vyzařují. Jejich emise se liší jak množstvím, tak vlnovou délkou.

Fyzikálně se situace označuje jako vyzařování tzv. absolutně černého tělesa. Černým se nazývá proto, že takové pomyslné těleso pohlcuje veškeré záření, které na něj dopadá. Pokud tedy něco vyzařuje, jedná se jen o záření, které pochází z něho samého a nejedná se například o světlo, pocházející z jeho okolí – světlo, které by se odráželo od jeho povrchu.

Záření, které pozorujeme u absolutně černého tělesa, je závislé na jeho vlastní teplotě. Přitom se nejedná o nějakou specifickou vlnovou délku – absolutně černé těleso vyzařuje v širokém pásmu spektra, v závislosti na teplotě je ale jedna vlnová délka intenzivnější než ostatní.  

Na horním obrázku je vidět poloha maxima záření při různých teplotách.

Chladnější hvězdy, které mají například povrchovou teplotu kolem 3000 Kelvinů (viz červená křivka), vyzařují maximum záření v infračervené oblasti. To je záření, které svýma očima vnímat neumíme, registrujeme jej ale například kůží jako „teplo“. Taková hvězda vyzařuje určité množství záření také ve viditelné části elektromagnetického spektra. Je ho ale méně než infračervené složky. Největší množství jejího viditelného záření pak připadá na červené světlo, zatímco modrého je minimum.

Při dopadu do našeho oka se všechny složky viditelného světla skládají. Výsledný dojem závisí na tom, která vlnová délka má převahu. U chladnějších hvězd je výsledným dojmem načervenalé světlo.

Podobná situace nastává u namodralých hvězd. Jediný rozdíl spočívá v tom, že se maximum, které tyto hvězdy vyzařují, nachází na opačné straně viditelného spektra, v ultrafialové oblasti. Ta sousedí s modrou částí spektra. Většina viditelného světla, které registrujeme v záření těchto hvězd, má tedy modrou barvu. Načervenalého světla vyzařují minimum.

Složením všech vlnových délek, které dopadají do našeho oka pak vznikne dojem namodralého světla.

Uprostřed viditelné části elektromagnetického spektra leží zelená barva. Bylo by tedy jen logické, aby hvězdy se střední teplotou měly zelenou barvu. Když se ale podíváte na nebe, zelené hvězdy tam nenajdete.

Světlo, které vnímáme očima, se totiž skládá ze všech dopadajících vlnových délek.Naše oči pak vnímají světlo, které se skládá ze srovnatelného množství všech viditelných vlnových délek, jako bílé.

Na nebi tedy vidíme vedle načervenalých, evtl. nažloutlých nebo namodralých hvězd také bílé hvězdy. Tím se jejich barevné možnosti vyčerpaly.

Kdybychom tedy prolétali v hypotetické raketě kolem cizích hvězd, viděli bychom skutečně barevné objekty, i když je jejich barevná škála poněkud omezená.

Barvy mlhovin

Ironií osudu je to, že právě ty útvary, které znáte z fotografií jako pestrobarevná, abstraktní až umělecky působivá díla, jsou ve skutečnosti nebarevné. Kdybychom kolem nich měli letět v naší pomyslné kosmické lodi - nejspíše bychom si jich vůbec nevšimli.

Na vině je, jak jinak - fyzika.

Skládají se sice z obrovského množství plynu a prachu, jejich materiál je ale silně zředěný. V těchto a podobných útvarech se dokonce nachází ještě méně hmoty než ve vakuu, uměle vyrobeném pro vědecké experimenty na Zemi.

To, že je přesto vidíme, zachycujeme jejich záření a rozeznáváme jejich tvar, je způsobeno jejich velkou vzdáleností od nás - tedy od pozorovatele.

Také jejich barvy nejsou opravdové. Typická fotografie mlhoviny vzniká tak, že vědci fotografují podobné objekty s pomocí různých filtrů a snímky pak skládají dohromady.

Mohou tak vyfotografovat mlhovinu nejprve v červeném pásmu, pak v modrém a v zeleném, tak jak byl to dělala běžná digitální kamera. Astronomové mají k dispozici ale také jiné filtry. Mohou se tak dozvědět, jak silně září objekt v radiovém, mikrovlnném, infračerveném nebo třeba v ultrafialovém spektru.

Všechny tyto snímky se pak dobarvují a skládají tak, že výsledkem je pestrobarevná fotografie.

Oblíbená je například paleta, kterou používá také Hubbleův vesmírný teleskop. Temně rudá barva v ní přísluší ionizované síře, červená ionizovanému vodíku, tyrkysová patří ionizovanému kyslíku. Díky takové paletě se dá lépe rozeznat složení jednotlivých částí objektů. S pravými barvami dané mlhoviny už ovšem fotografie nemá nic společného, jakkoliv je pestrá a krásná na pohled.