天文学家的“透视挂”——吸取光谱

物质可以发射光，也能吸取光。在天文学范畴中，光的吸取征象相当广泛，比如由恒星发射的一束白光（一连波长的光）穿过气体或尘土时就会产生吸取。关于一束白光来说其吸取特性与其光源几乎不关，只和光穿透的物质有关，这一实质奠基了吸取光谱法的基本。

在对一束穿过被测物的白光举行光谱分析时，封建家察看从短波长波不同波长的光，即“一连光谱”，一连光谱中缺失的颜色，也就是一连光谱上的“暗线”，这些暗线的地点（波长）就包含着被测物的信息。

光谱分析的汗青可以追溯到1802年，事先一名英国的化学家威廉·海德·沃拉斯顿第一次纪录了太阳光中存在的吸取光谱。事先沃拉斯顿发觉太阳的一连光谱中有几条暗线，将光谱支解成了几段，但是这一奇异的征象并未惹起他的器重。

1814年，德国的眼镜师约瑟夫·冯·夫郎和费使用他创造的分光仪察看到了相反的暗线，并立刻动手丈量这些暗线的波长，纪录下了574条太阳光中的暗带。这些暗线厥后被称为“夫郎和费线”

到了1859年，德国物理学家古斯塔夫·罗伯特·基尔霍夫提出的实际以为，夫郎和费线源于太阳大气中的元素，即太阳中发射白光的元素同时也特性性地产生了夫郎和费暗线，每一条线都特定对应着太阳大气中的某种元素。

基尔霍夫将这种不一连光谱定名为“吸取光谱”，但事先他并没能研讨出物质吸取特定波长光的缘故。

1860年，意大利天文学家乔瓦尼·巴蒂斯塔·多纳蒂突发奇想将察看光谱的分光镜装到天文望远镜上，并用这台改装仪器观察了接近事先已知的十五分之一的恒星，于三年后将这一巨大的观察数据公之于众。在实行方案的三年间他取得了各有专攻的数个天文喜好者的支持，包含英国的威廉·赫金斯，美国的刘易斯·莫里斯·卢瑟福还故意大利的安杰洛·萨奇。

但是就是如此一伙“二流步队”，给光谱分析实际带来了反动性的历程，他们初次将光的“发射”和“吸取”区分为两种征象。也就是说，发射光和吸取光分散包含着不同的信息。这一历程很快取得了很多封建家的承认，终极使得吸取光谱学从主流天文学中分散出来，变成了新的学科。只管云云，吸取光的微观机理仍旧是个谜。

这个谜团不休困扰人们直到1913年。丹麦物理学家尼尔斯·亨利克·戴维·玻尔的研讨历程从原子层面展现了吸取光谱的奥密。玻尔创建的原子实际模子包含带负电的电子和带正电的原子核，这些电子占据着原子核周围的特定轨道。随着时间推移，电子会渐渐阔别原子核，其携带的能量也越来越高。为了到达更高的轨道，电子必需取得与轨道相对应的能量。玻尔以为这些能量泉源于某种情势的“光量子”，正如普朗克、爱因斯坦实际中的“量子”，也就是说这些“光子”带来了电子提升轨道所需的特定能量。这一历程就是光的吸取，由于不同元素、不同电子、不同轨道具有的能量千差万别，电子吸取的光子也千差万别，因此产生了特性吸取光谱。

这一发觉很好地表明了恒星（如太阳）发射的白光（一连光）穿透温度低的气体云时产生的吸取征象，也就是天文学家们察看到的“暗带”。正由于每种元素的电子具有特性性的轨道能量，所对应的光量子能量不同，而能量与波长干系，才显现了元素的特性波长吸取征象。

正因吸取光谱的特性性，经过吸取光谱法，我们可以在悠远的距离，仅仅经过丈量吸取光谱，得知万万光年外一颗星球大气的元素构成，这就是古代天文学家的千里眼、“透视挂”。

参考材料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. 120mm M256-astro-canada

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