href="#n57" type="note">57 mapa Marsa, opublikowana tego roku przez Royal Astronomical Society w Londynie, była uaktualnieniem mapy Marsa wykonanej przez Proctora. Mapa Greena również miała cztery kontynenty, chociaż ich nazwy się zmieniły. Pozostały Herschel, Mädler i Secchi. Zniknął kontynent Dawes i został zastąpiony nazwą Beer. Pozostały oceany Dawes i De La Rue. Widocznie z punktu widzenia Greena Dawes nie mógł mieć jednocześnie nazwanego na swoją czesć kontynentu i oceanu.
Teraz, kiedy Mars był już dokładnie opisany, astronomowie byli gotowi do ukończenia ich wyimaginowanego terraformowania Marsa. Kolejna grupa miała sfinalizować proces tworzenia wizji Marsa podobnego do Ziemi dzięki odnalezieniu ostatecznych dowodów istnienia na nim wody i roślin.
Rozdział 5
Tajemniczy Mars
Jedną z ważnych metod badawczych używanych przez astronomów w połowie XIX w. było stosowanie do badania Marsa nowo opracowanej techniki spektroskopii. Przy jej użyciu astronomowie odkryli to, co uznawali za dowód na obecność wody na powierzchni i w atmosferze Marsa. Wiedząc, że istnieje woda na Marsie, wierzyli, że mają dowód na to, że Mars ma klimat podobny do Ziemi i że czerwone plamy na Marsie są roślinnością.
Spektroskopia polega na przepuszczaniu wiązki światła z dowolnego źródła przez pryzmat lub siatkę dyfrakcyjną (siatka dyfrakcyjna może również odbijać światło), która rozczepia światło ciągłe na widmo jego barw składowych. Umożliwia to naukowcom badanie szczegółów natężenia linii poszczególnych kolorów. Za pomocą prostego pryzmatu można dostrzec kilka szerokich pasm kolorów widocznej tęczy. Jednakże za pomocą siatki dyfrakcyjnej o wysokiej rozdzielczości światło widzialne jest rozszczepiane znacznie szerzej na tysiące (a nawet dziesiątki tysięcy) różnych odcieni niebieskiego, po których następują tysiące różnych odcieni zielonego, przechodząc stopniowo w tysiące odcieni żółci, pomarańczowego i czerwonego.
Uzyskując takie widmo Marsa przy użyciu teleskopów na powierzchni Ziemi, musimy pamiętać, że patrzymy na światło pochodzące z fotosfery Słońca. Światło przechodzi przez zewnętrzną atmosferę Słońca, podróżuje ponad 225 milionów kilometrów prawie pustej przestrzeni Układu Słonecznego, przenika przez atmosferę Marsa, odbija się od jego powierzchni, przelatuje z powrotem przez atmosferę Marsa, następnie biegnie 40–80 milionów kilometrów przez przestrzeń międzyplanetarną, zanim dotrze w pobliże Ziemi. Ostatecznie światło jest filtrowane przez ziemską atmosferę. W rzeczywistym widmie Marsa niektóre z tysięcy niuansowych odcieni barw są osłabione lub całkowicie ich brakuje. Jest tak, ponieważ jakaś molekuła lub pierwiastek chemiczny, czy to w górnej atmosferze Słońca, czy w atmosferze Marsa, czy atmosferze Ziemi, zaabsorbowała w tym dokładnie wąskim przedziale odcienia koloru część lub całość oryginalnego światła słonecznego. Astronomowie te przedziały widma, w którym z powyższych przyczyn ilość światła jest zredukowana lub całkowicie nieobecna, nazywają liniami absorpcyjnymi. 570 ciemnych linii odkrytych w widmie Słońca przez Josefa von Fraunhofera w 1814 r. to linie absorpcyjne wytworzone w atmosferze Słońca, które dostarczają mam wskazówek co do chemicznego składu zewnętrznych powłok atmosfery Słońca. Za pomocą starannie zaplanowanych eksperymentów astronomowie mogą wywnioskować, czy konkretny odcień światła w widzialnym świetle przylatującym z Marsa (które w całości jest odbitym światłem Słońca) usunęła molekuła lub pierwiastek pochodzący z atmosfery Słońca, Marsa, czy Ziemi.
Pionierska praca nad analizą widma Marsa została dokonana przez Williama Hugginsa z Royal Astronomical Society w Londynie oraz Williama Allena Millera, profesora chemii w King’s College w Londynie. Badali oni Marsa za pomocą prymitywnego spektroskopu w kwietniu 1863 r. i ponownie, z lepszym wyposażeniem w sierpniu i listopadzie 1864 r. Wykonując pomiary, zdołali wykryć kilka silnych linii absorpcyjnych w fioletowym (krótka długość fali) końcu widzialnego widma, które przypisali Czerwonej Planecie. Zasugerowali, że czerwony kolor Marsa (długa długość fali na końcu widma) jest konsekwencją tego, że Mars silnie odbija światło czerwone oraz słabo odbija światło fioletowe i niebieskie. Z tego samego powodu czerwona farba jest czerwona: związki chemiczne w takiej farbie dobrze pochłaniają światło fioletowe, niebieskie, zielone i żółte oraz dobrze odbijają światło czerwone (czy też go nie absorbują).
Huggins kontynuował te spektroskopowe badania Marsa i opublikował dodatkowe rezultaty w 1867 r. w „Monthly Notices of Royal Astronomical Society”58. Dzięki porównywaniu widma Marsa z widmem Księżyca, a następnie rozpoznaniu tych cech w widmie Marsa, które pojawiły się również w widmie światła odbitego od Księżyca, Huggins był w stanie zidentyfikować wspólne cechy widm atmosfery Słońca, Księżyca i Ziemi.
Wywnioskował całkiem słusznie, że cechy widma, które pojawiły się w widmie Marsa, ale nie były widoczne w widmie Księżyca, muszą być wytworzone wyłącznie przez atmosferę lub powierzchnię Marsa.
Huggins wykrył w widmie Marsa dużą liczbę linii absorpcyjnych, które znajdowały się w pobliżu linii F Fraunhofera (linia w niebieskiej części widma, o której wiadomo, że jest spowodowana przez wzbudzone atomy wodoru). Wiedział, że linia F powstała w atmosferze słonecznej. Wszystkie pozostałe linie w widmie Marsa były nieobecne w widmie Słońca, a zatem wiadomo było, że pochodzą z Marsa. Te linie wypełniały marsjańskie widmo od obszaru niebieskiego aż do fioletowego końca widma, a przez to usuwały większość niebieskiego i fioletowego koloru światła odbitego od Marsa.
Huggins posiadał teraz dużo więcej informacji, które pomogły mu wyjaśnić pełniej to, co zrozumiał już w 1864 r. Wywnioskował, że prawdopodobnym powodem, dla którego Mars wyglądał tak czerwono, było to, że większość fioletowego i niebieskiego światła słonecznego początkowo docierającego do Marsa jest absorbowana przez marsjańską atmosferę i pozostaje głównie czerwone światło, które odbija się od Marsa. W 1864 r. te fioletowe i niebieskie linie absorpcyjne były słabsze w listopadzie niż w sierpniu, czyli Mars w listopadzie odbijał więcej fioletowego i niebieskiego światła niż w sierpniu. Dlatego też Mars był mniej czerwony w listopadzie niż w sierpniu. Huggins doszedł do wniosku, że Mars wydawał się bardziej czerwony w sierpniu, kiedy światło słoneczne odbija się od powierzchni, a wyglądał bardziej niebiesko w listopadzie, kiedy światło słoneczne odbija się od wody w atmosferze planety59. Innymi słowy Huggins wierzył, że kiedy obecna jest marsjańska mgła, efektywnie odbija niebieskie światło, kiedy natomiast nie ma mgły w atmosferze, światło dociera do powierzchni, która silnie absorbuje światło niebieskie, pozostawiając głównie światło czerwone odbite od planety z powrotem do naszych teleskopów.
Pod koniec lat sześćdziesiątych XIX w. Huggins, używając narzędzi laboratoryjnych optyki i chemii zastosowanych do astronomii, pomógł stworzyć nową hybrydową dyscyplinę, astrofizykę. Odtąd astronomowie nie byli już dłużej ograniczeni jedynie do pomiarów położenia i jasności ciał niebieskich. Nauczyli się, jak wykorzystywać widma ciał niebieskich do odkrywania składników, które budują atmosfery gwiazd i planet, następnie zaś, jak zastosować ślady w widmie do wyznaczania temperatur, ciśnień, gęstości, składu chemicznego, ruchu oraz mas ciał niebieskich. W rezultacie te informacje wraz z fundamentalnymi prawami fizyki pomogły astronomom zrozumieć, jaka jest fizyczna struktura wnętrza gwiazd, jak rodzą się gwiazdy, jak produkują światło, jak przeprowadzają fuzję jądrową, zmieniając wodór w cięższe pierwiastki, jak ich wewnętrzna struktura ewoluuje, gdy się starzeją, jak długo żyją oraz jak, dlaczego i kiedy umierają. Spektroskopia w XX w. stała się kluczem do zrozumienia struktury i ewolucji całego wszechświata.
Huggins rozpoczął epokę spektroskopii dzięki zastosowaniu tych nowo wynalezionych technik astrofizyki do badania obiektów astronomicznych, między
W. Huggins,
C. Flammarion,
