Yksi tähtitieteilijöiden eniten arvostamista hetkistä on hämärä. Auringon laskiessa taivas pimenee ja ensimmäiset tähdet näkyvät. Aluksi niitä on kaksi tai kolme, mutta minuuttien kuluessa niitä näkyy yhä enemmän; ensimmäiset näkyvät yön kirkkaimmat tähdet, viimeiset himmeimmät. Niiden kirkkaus ei kuitenkaan ole ainoa asia, joka erottaa tähdet toisistaan. Yön edetessä ja taivaan pimennyttyä, jos katsomme tarkkaan, näemme punaisia, valkoisia ja sinisiä tähtiä… Tähdillä on värejä, ja niiden tunteminen vie meidät kiehtovalle matkalle läpi niiden elämän.
Näinä alkukevään viikoilla on helppo paikantaa Orionin tähdistö yhdessä Canis majorin ja Härkätaivaan kanssa pian auringonlaskun jälkeen. Ensisilmäyksellä tähdet saattavat vaikuttaa samanvärisiltä, mutta jos hakeudumme pimeälle taivaalle ja katsomme toista kertaa tarkemmin, huomaamme eri värit. Sirius (Canis Majorissa) on valkoinen, Rigel (Orionin oikea jalka) on sininen, Aldebaran (Härässä) on oranssi ja Betelgeuse (Orionin vasen olkapää) on punainen.
Astrofyysikon kotona hanat käännetään toisinpäin
Se, että tähdet ovat erivärisiä, ei ole pelkkä kuriositeetti. Väri antaa perustavanlaatuisen tiedon tähtiastrofysiikassa – tähden pintalämpötilan. Kuumimmat tähdet ovat sinisiä ja kylmimmät punaisia, mikä on vastoin värien käyttöä taiteessa ja jokapäiväisessä kokemuksessamme. Siksi sanotaankin usein, että astrofyysikon kotona hanat ovat päinvastaiset: sininen osoittaa kuumaa ja punainen kylmää.
Morgan-Keenanin tähtiluokitus perustuu tähtien väreihin, jotka vaihtelevat sinisistä (energisimmistä) tähdistä punaisiin (heikoimmin toimiviin) tähtiin tyyppien O B A F G K M kautta. Muistisääntönä käytetään usein lausetta Oh Be a Fine Girl(Guy), Kiss Me (Ole hieno tyttö(kaveri), suutele minua) muistuttamaan niistä – klassinen vitsi tiedekunnissa eri puolilla maailmaa, joissa opetetaan astrofysiikkaa.
Tähtien luokitus ilmoittaa yleensä myös tähtien absoluuttisen kirkkauden. On tärkeää tarkentaa tämä yleensä, sillä näemme myöhemmin pari poikkeusta. Siniset tähdet ovat yleensä kirkkaimpia ja punaiset tähdet himmeimpiä. Kokeneemmat havaitsijat kohtaavat kuitenkin öisin punaisia tähtiä, jotka ovat kirkkaampia kuin valkoiset tai siniset tähdet. Miten tämä on mahdollista? On muistettava, että maapallolta katsottaessa tähdet ovat eri etäisyyksillä. Näin ollen punainen tähti, joka loistaa heikosti mutta on hyvin lähellä, näyttää loistavan kirkkaammin kuin sininen tähti, joka on paljon kauempana.
Lämpötilan ja kirkkauden lisäksi väri kertoo yleensä – samalla varauksella – myös tähden koon: kuumimmat ja energisimmät siniset tähdet ovat yleensä suurempia ja punaiset pienempiä.
Tähtidiagrammi
Tietäen, että tähden värin perusteella voi arvioida sen pintalämpötilaa ja yleensä tietää sen kirkkauden ja koon, tähtitieteilijät Ejnar Hertzsprung ja Henry Norris Russell kokosivat nämä ominaisuudet nykyään Hertzsprung-Russell-diagrammina tunnetuksi kuvaajaksi, jonka molemmat kehittivät toisistaan riippumatta noin vuonna 1910.
Tässä H-R-diagrammissa pystysuora akseli järjestää tähtityypit himmeimmästä kirkkaimpaan, kun taas vaaka-akseli järjestää ne kuumimmasta viileimpään ottaen huomioon niiden lämpötilan, värin ja tähtiluokituksen. Tuloksena on diagonaalinen ryhmittely, joka järjestää tähdet näiden ominaisuuksien mukaan: tätä osaa diagrammista kutsutaan pääjaksoksi.
Suurin osa tähdistä kuuluu pääjaksoon. Ne loistavat niiden ytimessä tapahtuvien ydinfuusioreaktioiden ansiosta, jotka muuttavat vedyn heliumiksi. Nämä tähdet ovat vaiheessa, jossa ne ovat kypsiä ja viettävät suurimman osan aktiivisesta elämästään. Ihmisen näkökulmasta katsottuna pääjakso olisi vaihe teini-iästä eläkkeelle siirtymiseen. Aurinkomme näyttää olevan lähellä tuon tähtien eliniän puoliväliä: se on keskikokoinen G-tyypin keltainen tähti.
Tähtien jaksollinen järjestelmä
Tähdet voivat loistaa miljardeja vuosia, mutta mikään ei kestä ikuisesti. Niiden ydinreaktioihin käyttämä polttoaine on rajallista ja loppuu lopulta. Kun poltettavaa vetyä ei ole enää jäljellä, vuorossa on heliumfuusio, mutta toisin kuin edellinen vaihe, tämä vaihe on paljon energisempi. Tämä aiheuttaa sen, että tähdet paisuvat elämänsä loppupuolella tuhansia kertoja suuremmiksi ja muuttuvat jättiläisiksi. Laajeneminen aiheuttaa myös sen, että ne menettävät lämpöä pinnaltaan, koska niiden on jaettava enemmän energiaa suuremmalle alueelle, ja siksi ne muuttuvat punaisiksi. Nämä punaiset jättiläistähdet ovat poikkeus, ja ne sijaitsevat kaavion oikeassa yläosassa, niin sanotulla punaisen jättiläisen vyöhykkeellä.
Punaiset jättiläiset eivät kestä kauan (tähtien mittakaavassa), ja ne kuluttavat nopeasti sen vähäisen polttoaineen, joka niillä on jäljellä. Kun näin tapahtuu, tähdestä loppuvat sen sisällä tapahtuvat ydinreaktiot, jotka aiemmin ylläpitivät tähteä; painovoima vetää silloin koko sen pintaa ja kutistaa tähden kääpiöksi. Tämän raa’an kokoonpuristumisen seurauksena energia keskittyy ja sen pinnan lämpötila nousee, jolloin sen kirkkaus muuttuu radikaalisti valkoiseksi. Tähden ruumista kutsutaan valkoiseksi kääpiöksi. Nämä tähtien ruumiit ovat toinen poikkeus pääjaksosta, ja ne sijaitsevat kaavion vasemmassa alakulmassa.
Epäilemättä yksi tieteen suurimmista saavutuksista on alkuaineiden jaksollinen järjestelmä. Voisi sanoa, että Hertzsprung-Russellin diagrammi on tähtien jaksollinen järjestelmä. Täydellisessä muodossaan se saattaa näyttää hieman oudolta ja epämuodostuneelta sateenkaarelta; kun sitä kuitenkin osataan lukea, nähdään, miten tähtien eri värit liittyvät niiden lämpötilaan, kokoon, kirkkauteen ja tähtien elämänvaiheeseen, ja ne jakautuvat järjestelmällisesti ja tyylikkäästi. Se on ihana aarrekartta tähtitieteen ystäville: avain hyppäämiseen toiseen ulottuvuuteen sekä kosmoksen tuntemuksessa että kyvyssä nauttia taivaankannen kauneudesta.