Modern astronomisk forskning har ackumulerat en förvånande mängd kunskap om universum trots extrema begränsningar för observation och datainsamling. Astronomer rapporterar rutinmässigt detaljerad information om objekt som är trillioner kilometer bort. En av de väsentliga teknikerna för astronomisk utredning innebär att man mäter elektromagnetisk strålning och utför detaljerade beräkningar för att bestämma temperaturen hos avlägsna föremål.

Från temperatur till färg

Lysets strålning utstrålas av en stjärna avslöjar dess temperaturen och en stjärnas temperatur bestämmer temperaturen hos närliggande föremål som planeter. Ljus produceras när laddade atompartiklar vibrerar och släpper ut energi som ljuspartiklar, kända som fotoner. Eftersom temperaturen motsvarar ett objekts inre energi kommer de varmare objekten att avge foton med högre energi. Fotons energi bestämmer ljusets våglängd eller färg; Ljusets färg som emitteras av ett objekt är således en indikation av temperatur. Det här fenomenet är emellertid inte observerbart förrän ett föremål blir extremt varmt - cirka 3 000 grader Celsius - eftersom lägre temperaturer utstrålar i det infraröda spektret i stället för det synliga spektret.

Heavenly Blackbodies

Konceptet med en svart kropp är väsentlig för att mäta astronomiska objektets temperatur. En svart kropp är ett teoretiskt objekt som helt absorberar energi från alla våglängder. Dessutom påverkas ljusutsläpp från en svarta kropp inte av objektets sammansättning. Det betyder att en svartvägg utstrålar ljus enligt ett visst spektrum av färger som bara beror på objektets temperatur. Stjärnor är inte idealiska blackbodies, men de är nära nog att tillåta en exakt approximering av temperaturen baserat på utsläppsvåglängder.

Många våglängder, en topp

En enkel visuell observation avslöjar inte temperaturen av en stjärna eftersom temperaturen bestämmer toppmissionsvåglängden, inte den enda emissionsvåglängden. Stjärnor förefaller generellt vita eftersom deras emissionsspektra täcker ett brett spektrum av våglängder, och det mänskliga ögat tolkar en blandning av alla färger som vitt ljus. Följaktligen använder astronomer optiska filter som isolerar vissa färger, då jämför de intensiteten hos dessa isolerade färger för att bestämma den ungefärliga toppen av en stjärnas emissionsspektrum.

Värmd av en stjärna

Planetvärdena är svårare att bestämma eftersom en planetens absorptions- och utsläppskaraktär inte kan vara tillräckligt lik absorption och utsläppskarakteristik hos en svart kropp. En planetens atmosfär och ytmaterial kan återspegla betydande mängder ljus och en del av den absorberade ljusenergin behålls av växthuseffekten. Följaktligen uppskattar astronomer temperaturen på en avlägsen planet genom komplexa beräkningar som står för sådana variabler som närmaste stjärnas temperatur, planetens avstånd från stjärnan, hur mycket ljus som reflekteras, atmosfärens sammansättning och planetens rotations egenskaper.