Πώς το «φάσμα» μάς πληροφορεί για το Σύμπαν;

Οι αστρονόμοι μπορούν όντως να μας πουν από τι αποτελείται ένας αστέρας που βρίσκεται τρισεκατομμύρια μίλια μακριά, να υπολογίσει τη θερμοκρασία του, την ταχύτητα με την οποία κινείται, ακόμη και αν η κίνηση έχει κατεύθυνση προς τη Γη, μελετώντας το «φάσμα» της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας του.

Το φάσμα αποτελείται ουσιαστικά από τις γραμμές στις οποίες αναλύεται το λευκό φως, όταν υφίσταται εκτροπή, βγαίνοντας από ένα πρίσμα. Από τη μια πλευρά του φάσματος μέχρι την άλλη, εκτός από τα χρώματα που εναλλάσσονται βαθμιαία, υπάρχουν εκατοντάδες παράλληλες γραμμές. Αυτές είναι γνωστές ως γραμμές του Φραουνχόφερ (Fraunhofer), προς τιμήν εκείνου που τις ανακάλυψε. Κάθε χημικό στοιχείο, λοιπόν, έχει το δικό του σχέδιο γραμμών και καταλαμβάνει τη δική του θέση στο φάσμα. Οι γραμμές αντιπροσωπεύουν τα χρώματα του φωτός που έχουν απορροφηθεί από το στοιχείο, όταν εκείνο θερμαίνεται ώστε να λάμπει. Έτσι οι επιστήμονες μπορούν να εξακριβώσουν τι είδους ύλης υπάρχει σε οποιοδήποτε ορατό σώμα ή ουσία του Σύμπαντος. Κάθε στοιχείο σχηματίζει τη δική του «σκοτεινή γραμμή» ή φάσμα απορρόφησης (τα χρώματα που το ίδιο έχει απορροφήσει), η οποία είναι διαφορετική από οποιουδήποτε άλλου στοιχείου.
Μέσω της αντιπαραβολής του φάσματος μιας ύλης που μελετάται και των στοιχείων των γνωστών φασμάτων, οι φυσικοί είναι σε θέση να προσδιορίσουν την ταυτότητά της, ακριβώς γιατί κάθε στοιχείο αφήνει το «δακτυλικό αποτύπωμά» του ως φωτεινό σχέδιο. Επιπλέον, καθώς η θερμοκρασία προκαλεί αλλαγή στις θέσεις μιας γραμμής στοιχείου στο φάσμα, οι αστρονόμοι μπορούν να υπολογίσουν τη θερμοκρασία αστέρων που βρίσκονται σε απόσταση τρισεκατομμυρίων μιλίων.
Εξάλλου, όταν ένας αστέρας κινείται με κατεύθυνση προς τη Γη, οι γραμμές στο φάσμα μετατοπίζονται προς το ιώδες άκρο του φάσματος. Όταν απομακρύνεται, οι γραμμές μετατοπίζονται προς το ερυθρό άκρο της ζώνης του φάσματος. Από το βαθμό της μετατόπισης ή μετακίνησης οι επιστήμονες υπολογίζουν ότι κάποιοι αστέρες κινούνται στο διάστημα με ταχύτητα 150 μιλίων το δευτερόλεπτο.