Спектроскопія дозволила вченим аналізувати хімічний склад Сонця, далеких зірок і навіть сам процес народження Всесвіту. Доречно пригадати вислів французького філософа Огюста Конта сказаного ним у 1835 році: «Що стосується зірок… ми ніколи не зможемо жодними методами вивчити їхній склад». Незабаром розпочала зароджуватися спектроскопія, яка довела, що він був неправий.

Спектроскопія – це метод визначення хімічних елементів по унікальному діапазоні кольорів, які проявляються під час горіння елемента чи пропусканні крізь нього променя світла.

Одним з перших вчених, хто навчився розкладати світло і колір, був Ісаак Ньютон. З допомогою призми він виявив, що промінь світла складається зі всієї веселки кольорів, яку він назвав спектром.

Виникла теорія про те, що кольори у видимому світлі займають лише вузьку смужку хвиль, а елекромагнітний спектр значно ширший.

У 1814 році німецький астроном Йозеф Фраунгофер пропустив сонячне світло через конфігурацію призм і виявив, що спектр Сонця обмежений темними лініями, які відповідали певним кольорам. Фраунгоферові лінії залишалися загадкою, поки нові дослідники не розгадали їхній секрет.

Приблизно у 1854 році винахідник Девід Альтер з Фріпорта, штат Пенсільванія, виявив, що під час підпалювання водню іскрою і пропусканні променя світла від нього через призму, то з’являться вертикальні лінії, чиї кольори відповідатимуть їх положенню в спектрі. Альтер використав цю техніку з іншими елементами, використовуючи електричну іскру. В кожному випадку виникав певний порядок кольорових емісійних ліній, які відповідали конкретному елементу, тобто це було своєрідним спектральним «відбитком пальця». Саме Альтер винайшов спектральний аналіз.

У 1859 році німецькі хімік Роберт Бунзен і фізик Густав Кірхгоф, які працювали в Гейдельбергському університеті, створили покращену версію спектроскопа Фраунгофера. Який складався з вузької щілини, приладу для створення паралельного променя світла і двох призм.

Шведський фізик Андерс Ангстрем об’єднав спектроскопію з фотографією для вивчення абсорбційних ліній, які виникали під час проходження променів Сонця через гази на його поверхні, і помітив при цьому наявність водню там. У 1868 році Ангстрем опублікував схему спектра Сонця.

Британський астроном Джозеф Лок’єр також спектроскопічно вивчав Сонце, і в 1868 році саме він спостерігав нову модель абсорбційних ліній. Він дійшов висновку, що вони відбивають якийсь новий, невідомий хімічний елемент, який Лок’єр назвав «гелієм» на честь грецького бога Геліоса. У межах цих ліній Ангстрем і Лок’єр відкрили хімічний склад Сонця і зірок.

У 1864 році фізик Джеймс Кларк Максвелл об’єднав електрику і магнетизм, розмістивши посередині видиме світло. Він розділив цей спектр на різні довжини хвиль: від коротких гама-променів на одному кінці до довгих радіохвиль – на іншому. Він також розбив видимий кольоровий спектр: від червоної, найдовшої кольорової хвилі, включно з оранжевою, жовтою, зеленою, блакитною, синьою, і до фіолетової – самої короткої хвилі. Також ним було виявлено, що кожен хімічний елемент випромінює або поглинає світло лише на чітко визначених кольорових довжинах хвиль.

Астроном-аматор Вільям Гаггінс у 1864 році спрямував свій спектроскоп у бік туманності «Котяче око», ставши у такий спосіб першою людиною, яка вивчала об’єкт глибокого космосу через спектроскоп. Вчений дійшов висновку, що ця туманність являє собою величезну хмару газу, що світиться.

За три роки до винайдення спектрального аналізу Крістіан Доплер, професор математики і фізики в Чеському технічному університету в Празі, у своїй роботі заявив, що спектральний рисунок зірок міняється при їх русі. Якщо зірки віддаляються, то спектрограма зсувається в бік довших (червоних) хвиль, якщо наближається, то коротших – синіх хвиль.

Фізик Альберт Айнштайн у своїй праці «Загальна теорія відносності» 1917 року передбачив, що Всесвіт, можливо, розширюється.

Докази цього виникли завдяки незвичній співпраці. В рік публікації Айнштайном його революційної роботи Мілтон Х’юмасон виконував спектроскопічні спостереження, до яких пізніше, в 1919 році, приєднався американський астроном Едвін Габбл.

Габбл виявив, що більшість «туманностей» насправді є самостійними галактиками. Він дійшов висновку, що Всесвіт, найімовірніше, простягається значно далі та не обмежується Чумацьким Шляхом. Габбл і Х’юмасон вивчали найвіддаленіші галактики, намагаючись розгадати таємницю червоного зміщення. У 1929 році Габбл довів, що всі галактики, і наша в тому числі, з прискоренням віддаляються від певної точки в просторі і часі. Його відкриття підтвердило теорію Великого вибуху, яка стверджує, що Всесвіт виник у результаті одиночного, надпотужного космічного вибуху чистої енергії.

Спектроскопія розгадала таємницю народження Всесвіту. Наступне важливе питання полягало в тому, чи одні ми в ньому? Спектроскопія і тут допомогла, оскільки посприяла пошуку планет, які обертаються навколо інших зірок, викликаючи їхні покачування.

Ці покачування фіксуються у вигляді зсувів у спектрограмах зірок (міні-доплерівський ефект), що доводить наявність планет поблизу. У 1995 році група вчених з Женевського університету на чолі зі швейцарським астрономом Мішелем Майором виявила першу екзопланету, яка обертається навколо подібної до Сонця зірки у напрямку сузір’я Пегаса – 51 Пегаса.

Візуалізація статті нижче: