สีของดาวนั้นสำคัญไฉน

   สิ่งที่ซ่อนอยู่ภายใต้เฉดสีของดาวที่ต่างกันเล็กน้อยนั้นเป็นกุญแจสู่อุณหภูมิและองค์ประกอบ คุ้นเคยกับลำดับสเปคตรัม OBAFGKM ผ่านดาวจริงๆ ที่เห็นบนท้องฟ้าหน้าร้อน

วัตถุที่ร้อนและหนาแน่นอย่างดาวฤกษ์ จะเปล่งสเปคตรัมแบบต่อเนื่อง(ใจกลาง) แต่เมื่อแสงผ่านทะลุชั้นส่วนนอกที่เย็นกว่าของดาว สีที่ต่อเนื่องของสเปคตรัมจะถูกดูดซับโดยอะตอมที่ไวต่อสี ทิ้งช่องว่างแคบๆ ในสเปคตรัม(ขวา) ที่เรียกว่า เส้นสเปคตรัมดูดซับคลื่น

เมื่อเอ่ยถึงสีของดาวฤกษ์ สีให้ข้อมูลที่มีประโยชน์เกี่ยวกับอุณหภูมิและองค์ประกอบ ในปี 1802 นักเคมีชาวอังกฤษ William Wollaston ใช้ปริซึมเพื่อแยกแสงอาทิตย์ และพบว่ามันมีเส้นสีดำ ตัดอย่างชัดเจน เขาบอกว่าเส้นดำเหล่านี้น่าจะเป็นขอบตามธรรมชาติระหว่างแต่ละสี Joseph Fraunhofer ช่างทำแว่นเจอรมนี ได้ตรวจสอบและทำบัญชีรายชื่อ เส้นลักษณะดังกล่าว 574 เส้นในช่วงต้นทศวรรษ 1800 ซึ่งยังคงรู้จักจนถึงทุกวันนี้ว่า เส้นเฟราน์โนเฟอร์

สเปคตรัมของดวงอาทิตย์ที่ปรับให้ง่าย แสดงเส้นเฟราน์โนเฟอร์หลักๆ เส้น D คู่ เกิดจากโซเดียม, เส้น G และ E มาจากเหล็ก, เส้น H และ K มาจากคัลเซียม และ C และ F จากไฮโดรเจน

แต่ต้องรอกระทั่งต้นทศวรรษ 1860 เมื่อนักดาราศาสตร์อังกฤษ William Huggins ได้จับคู่ เส้นดูดซับคลื่นสีมืดในสเปคตรัมดวงอาทิตย์ กับสเปคตรัมในสสารบนโลก นักดาราศาสตร์จึงได้เข้าใจว่าดาวฤกษ์นั้นประกอบด้วยสสารที่เหมือนกัน ไม่ใช่ธาตุที่ห้าที่น่าพิศวง อย่างที่อริสโตเติลเคยคิดไว้ วัตถุร้อนหนาแน่นอย่างเส้นทังสเตนในหลอดไฟ หรือ เตาไฟฟ้า ให้แสงทุกสี และเปล่งสเปคตรัมแบบต่อเนื่อง(continuous spectrum) ที่ปราศจากเส้นดำ ซึ่งไม่ต่างจากสายรุ้ง ดาวฤกษ์ก็ร้อนและหนาแน่น และสร้างสเปคตรัมแบบต่อเนื่อง ด้วยเช่นกัน แต่ก่อนที่แสงจะมาถึงตาเรา มันจะต้องผ่านก๊าซที่หนาแน่นน้อยกว่าและเย็นกว่า ในชั้นส่วนนอกของดาวฤกษ์ ที่นั่นเอง อะตอมในก๊าซได้ดูดซับสีจำเพาะในแสง ทิ้งเส้นหรือช่องว่างแคบๆ ไว้ในสเปคตรัม

อะตอมและโมเลกุลในเปลือกส่วนนอกของดาวฤกษ์ เผยให้เห็นตัวตนของพวกมันจากรูปแบบของเส้นที่พวกมันสร้างขึ้น ธาตุและสารประกอบทุกชนิดจะสร้างชุดของเส้นที่เป็นอัตลักษณ์ เนื่องจากดาวเกือบทุกดวงแสดงเส้นสเปคตรัมดูดคลื่น นักดาราศาสตร์จึงสามารถใช้รูปแบบที่พวกเขาเห็นในสเปคตรัมดวงอาทิตย์และดาวฤกษ์อื่นๆ เป็นลายนิ้วมือเพื่อตรวจสอบองค์ประกอบของพวกมัน

ภาพถ่าย Annie Jump Cannon ที่โต๊ะทำงาน ที่หอสังเกตการณ์ฮาร์วาร์ดคอลเลจ

ดาวที่แตกต่างกันแสดงสเปคตรัมที่แตกต่างกัน บางดวงมีเส้นดูดคลื่นบางๆ เท่านั้น ในขณะที่บางดวงจะมีสีที่หายไปทั้งช่วง ในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 นักดาราศาสตร์กำลังพัฒนาแบบแผนเพื่อจำแนกสเปคตรัม นักจำแนกคนที่สำคัญที่สุด Annie Jump Cannon ซึ่งทำงานเป็นผู้ช่วยผู้อำนวยการหอสังเกตการณ์ฮาร์วาร์ดคอลเลจ Edward C. Pickering และสร้างบัญชีรายชื่อเส้นสเปคตรัมของดาว 325300 แหล่งตั้งแต่ต้นทศวรรษ 1920 เมื่อปรับแบบแผนก่อนหน้านั้นที่ซับซ้อนมากกว่า Cannon ได้แบ่งกลุ่มออกเป็น 7 ประเภท แต่ละประเภทก็มีตัวอักษรแทน

แม้ว่าจะไม่เป็นที่เข้าใจอย่างถี่ถ้วนนักในเวลานั้น แต่แบบแผนการจำแนกดาวที่มีระเบียบนี้เกิดขึ้นจากอุณหภูมิพื้นผิวของพวกมัน จากซุปเปอร์ยักษ์สีฟ้าขาวที่ร้อนที่สุด จนถึง ดาวแคระแดงที่เย็นที่สุด โดยใช้ลำดับตัวอักษร ดังนี้คือ O B A F G K M เพื่อช่วยให้เราจดจำลำดับให้ง่าย บางคน(ซึ่งอาจจะเป็น Cannon เอง) ได้เสนอวิธีจำว่า Oh, be a fine girl, kiss me! ซึ่งนับแต่นั้นมา ก็ปรับเป็น Oh, be a fine girl/guy, kiss me!

แผนภูมิแสดงประเภทสเปคตรัมโดยมีข้อมูลอุณหภูมิ, สีและ จะพบธาตุและสารประกอบใดปรากฏในสเปคตรัมแต่ละประเภทบ้าง

อุณหภูมิสำหรับแต่ละประเภท มีตั้งแต่ 50000 เคลวิน สำหรับดาวฤกษ์ยักษ์ชนิด O อย่าง Alnitak ในเข็มขัดนายพราน(Orion’s Belt) จนถึง 5780 เคลวินของดวงอาทิตย์ และต่ำจนถึง 2500 เคลวินสำหรับซุปเปอร์ยักษ์ที่เย็นที่สุด แต่ละประเภทยังแบ่งเป็นประเภทย่อยได้อีก 10 ขั้น ตั้งแต่ 0 ถึง 9 ดวงอาทิตย์ของเรา จัดเป็นดาวฤกษ์ประเภท G2 ซึ่งมีคุณลักษณะอยู่กึ่งกลางระหว่าง G กับ F ยิ่งกว่านั้น อุณหภูมิยังบอกได้ว่าจะมีอะตอมและโมเลกุลชนิดใดปรากฏอยู่ในสเปคตรัมของดาวฤกษ์ ในดาวฤกษ์ประเภท O ที่ร้อนแรง ความร้อนที่แผดเผาทำให้ฮีเลียมแตกตัว ซึ่งเป็นสิ่งที่ทำได้ยากมาก เนื่องจากก๊าซฮีเลียมยึดจับอิเลคตรอนของมันอย่างเหนียวแน่น และบางส่วนก็จำต้องกลายสภาพเป็นไอออน สเปคตรัมของดาวฤกษ์ประเภท M ที่เย็นกว่านั้น ปกคลุมไปด้วยเส้นดูดซับคลื่นอะตอมของโลหะ(metals; ในทางดาราศาสตร์หมายถึง ธาตุอื่นนอกเหนือจากไฮโดรเจนและฮีเลียม) ที่คุ้นเคย และเส้นโมเลกุลจากไทเทเนียมออกไซด์, โมเลกุลคาร์บอน และแม้แต่น้ำ

บน-แผนที่แสดงท้องฟ้าเมื่อหันไปทางตะวันตกเฉียงใต้ในช่วงกลางคืนของต้นเดือนเมษายน จะเห็นสเปคตรัมทั้ง 7 ประเภทหลักในกลุ่มดาวนายพราน(Orion) ได้ด้วยตาเปล่า ตั้งแต่ไรเจล(Rigel มักนิจูด +0) จนถึง ไพ-2(Pi-2 มักนิจูด +4.3) ล่าง-แผนที่แสดงท้องฟ้าที่หันไปทางทิศใต้ในช่วงต้นเดือนเมษายน จะเห็นสเปคตรัมทุกประเภทตั้งแต่ ซิริอุส(Sirius มักนิจูด -1.4) จนถึง พอลลักซ์(Pollux มักนิจูด 1.1)

สิ่งที่คุณจะเห็นได้ด้วยตาเปล่านั้นผ่านการใช้สเปคโตรสโคปที่ตาเห็น ซึ่งจะได้เห็นการทำงานของอะตอม จากที่อยู่ห่างออกไป จนแทบจะรู้สึกว่าจับต้องดาวได้ มหัศจรรย์ของสีนั้นล้ำลึกกว่าที่เราจะจินตนาการได้

แหล่งข่าว skyandtelescope.com : spectral types for spring nights