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光谱上的黑色谱线,到底是谁遮住了它原本的色彩?

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物质可以发射光线,同样,物质也能够吸收光线。在天文学中,这通常是白光(可能来自太阳表面或者其它普通的恒星)穿过薄薄的气体云所产生的现象。

因此,天文学家们观察不是一个从红到紫的连续光谱,而是缺少了很多颜色谱线的光谱。在这里面,颜色暗淡的谱线才会占据它们的一席之地,被人们所观察到。

大约1802年,英国科学家William Hyde Wollaston第一次注意到这一点。事实上,太阳光谱是间断的,不连续的,并且很多黑色的谱线打断了颜色的排列与展开。但是沃拉斯顿却并不明白这到底怎么回事。

光谱上的黑色谱线,到底是谁遮住了它原本的色彩?

1814年,德国光学家Josef von Fraunhofer 也在太阳光谱中注意到了同样的黑色谱线。尽管不知道它们究为何物,他还是着手开始测量它们的位置并且编号为324。

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1859年德国物理学家Gustav Robert Kirchhoff 发现Fraunhofer研究的这些黑色谱线跟那些由某些化学元素发射出来的明亮的谱线原理一致。在他看来,这些黑色谱线由一些存在于太阳大气层中,并且吸收某些大气层表面发射的谱线的特殊化学物质发射的。

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Kirchhoff给这种类型的光谱取名为吸收光谱。不太幸运的的是,他并没有弄清楚这种物质是怎样吸收这样的谱线的。

1860年,意大利天文学家Giovanni Battista Donati萌生了一个想法,他把一个分光镜和他的望远镜安装在了一起。他研究了十五个左右星体的光谱并且于1863年公布了他的研究结果。在他之后,还有英国天文业余爱好者William Huggins,美国天文学家Lewis Morris Rutherfurd和意大利天文学家Angelo Secchi独立自主孜孜不倦地研究着太阳,行星,月亮和恒星。

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这些研究者是第一批从恒星的发射光线中提取信息的人员,这本身就是一场革命。在他们之后,同样有着另一批天文学家前赴后继为研究做出努力并且发射光谱的研究也纳入了天文学的主要研究的分支。尽管有了一些突破,但是对于物质光线的吸收的解释仍然还是很匮乏。

谜底最终于1913年被丹麦科学家Niels Henrik David Bohr公布于世。Bohr制作了一个新的原子模型。在这个模型里,原子的原子核周围的特殊轨道被由原子产生的带负电荷的电子占据着。

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根据他的观点,随着电子占据的轨道离原子核越来越远,他的能量也越来越大,因为,为了停留在原有的轨道上面,它必须有足够的能量来补偿这与原子核分开的越来越远的距离。

因此,当一个冷的物体被加热的时候,一些电子会倾向于从离原子核近的轨道(所需能量较少)到一条离原子核远的轨道(所需能量较多)上去。为了成功跨越到另一条轨道上去,每一个电子必须增加他的能量以便于和它将要占据的轨道所需能量一致。

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Bohr提出这是以Planck 和Einstein所描绘的小《能量包》的形式,换句话说是以光子或者光的微粒的形式,一个电子吸收它剩余的能量。

这样的一个情况存在于当光线从恒星(比如太阳)表面发射,穿过比它温度更低的大气层气体中。事实上,大气会吸收从星体发射的白光光线的一部分,这就产生了有黑色谱线的颜色光谱或者说是吸收光谱,这也是存在于气体中特有的一种化学现象。

光谱上的黑色谱线,到底是谁遮住了它原本的色彩?

星体光谱的研究向我们描述了大气的化学构成。

参考资料

1.Wikipedia百科全书

2.天文学名词

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选文:天文志愿文章组-

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参考资料(备份)

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3.原文来自:http://astro-canada.ca/les_spectres_d_absorption-absorption_spectra-fra

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