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光谱分析(第2页)

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在此之后,两位德国物理学家基尔霍夫和本生发现了连续和不连续光谱的产生条件,他们还认识到,根据谱线的性质与位置,可分析生成它的物质的本质特征,这一发现使他们享有比前者更大的声誉。

不同物质拥有各自特定的光谱,如此一来,我们最终就有可能通过实验分析发现那些原本触及不到的物质的存在(1)。

红外线下拍摄的同一地点的照片

以上便是光谱分析的一般原理。

此处的叙述虽然简单,却能让我们更好地理解宇宙化学是如何给天文学带来了惊人的进展。

尽管如此,我们还是必须指出,这种研究方法提供的信息固然有可能使对其他星球外表的直接观察结果得到补充,但在取得新的突破之前依然受到诸多限制。

视觉观察领域与摄影观察领域也是如此,在彻底解决行星问题方面——其中行星的构成及其物理环境更是这项工作的目标——总有一些困难横亘在眼前。

分光镜可以确定化学物质的存在,而化学物质根据其状态或吸收或反射我们所分析的光线,因此某些惊人的发现即使存在于太阳边上或在差不多遥远的彼方,也可以被我们俘获,比如恒星、彗星、星云,但如果天体是反射面,我们就无计可施了,因为这些天体就像镜子一样,仅仅是将照亮它的光线反射出去,所以当我们用分光镜研究月球地面时,所得到的只是月球反射给我们的太阳的光谱,至于月球土壤的组成,我们一无所获。

从另一方面来说,我们却能了解到围绕着这些反射面的天体大气层的构成情况。

我们已经以地球大气层为例谈到了大气层对于天体研究所造成的不可避免的障碍,但在目前的情况下,光线穿越大气层却构成了一种颇具价值的元素,因为大气层里的气体或蒸汽可通过其特征谱线或吸收频带被检测出来。

确实如此,当我们观察能发射自己特有光谱的太阳光线时,大气层的光谱也会被添加进去,因为阳光或多或少要穿越大气层才能抵达我们身边。

如果我们将这些事实用于对行星的观察,在文中插图的帮助下,就很容易明白研究行星大气层的可能性了。

同时,我们也可以理解这些研究的准确程度有多么微妙,因为我们必须精确分离所观察到的光谱的各个构成元素。

例如,如果一颗行星的大气光谱与地球的大气光谱大致相同,那么鉴别工作会非常困难,因为这些谱线都重叠在了一起。

无论在何种情况下,这种细微的观察都需要采用巧妙的比较措施,但对我们而言,一一介绍要花费太多时间和笔墨,我们只需要回顾天文学家们所使用的各种旨在更全面了解宇宙天体的研究方法及其工作原理。

因此,当特别谈到这些方法中的某一种时,我们仅详细说明它探索了哪些方面,以及在这些方面取得了何等成就。

除了通过光谱分析获得数据,我们还通过可确定的、排除其他辐射的光辐射获取数据,特别是由一些可以过滤和选择辐射的特殊屏幕所提供的摄影资料。

上文已经提到,辐射波段超出了人类目力所及,但我们可以使用各种方法记录仅由红外辐射或紫外辐射形成的图像。

为此,我们仍然需要纯物理领域的大发展和大繁荣。

各种辐射被自然元素反射、吸收或漫射的程度不一,因此与在正常条件下拍摄出的照片相比,红外照片所呈现出的状态完全不一样,甚至几乎与相对应的正常的视觉印象截然相反。

紫外照相会显示出肉眼无法觉察的对比度。

在行星研究方面,这类方法可以有效告知我们该行星表面或大气层的某些物理特征。

我们还应指出光的偏振现象,即具有特殊性质的光会沿着一定的方向反射出去,这使我们在限定条件下也能得到一些有关所观察的被照亮面的性质或结构的数据。

(1)每一条谱线对应相应的化学元素,因此知道谱线也就能知道是哪种化学元素。

1814年,夫琅和费发明了分光仪后陆续测绘了574条太阳谱线,而基尔霍夫和本生则在此基础上确定了每条谱线所对应的化学元素。

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