登陆注册
444700000045

第45章 恒星的光谱

 光谱简介

光谱的概念来源于牛顿的一个实验。1666年,牛顿用棱镜将日光分成七色光,而且七色光是连续变化的,这是人们第一次得到太阳光谱。人们认识了电磁场的规律以后,知道光波也是一种电磁波,是一种能被人的眼睛感觉的电磁波,称为可见光。可见光波长的范围是由波长4 000埃的紫光到波长7 000埃的红光(1埃=10+{-10}米=0.1纳米)。牛顿看见的是连续光谱,这是因为太阳能发出所有波长的可见光。

下面介绍一下牛顿的实验,其实很简单,就是拿一块三棱镜放在日光下,再拿一张纸放在三棱镜背后,你会看到纸上出现如图3-6排列的各种色条,这就是太阳的光谱。为了对光谱概念有更深刻的了解,我们首先还是来介绍一下特征光谱和吸收光谱。

 特征光谱

在实验室里做以下的一个实验,准备一个酒精灯,将食盐撒在气体的火焰上,或者用电流通过含金属钠的空管,就会看到黄色的钠光,再将这黄色光照射在光缝上(图3-7)。这一束从光缝出来的散射光,透过准直管的物镜,变为平行光。然后,平行光通过三棱镜,受到大约45°的偏转。如果棱镜优良,这束光从棱镜出来后仍然是平行的,我们可以用放大镜去看或用照相机去拍摄这个光谱,即是将光缝的像放在眼睛的网膜上或照相机的底片上。在这个实验里,我们在这个小仪器上只看见一条这样形成的像,或者说,这样形成的一条谱线。我们说,钠的黄色光是单色的。事实上,它是两条很接近的辐射所构成的,这两条线便是钠元素的特征谱线。已经证明,每种元素都有自己的特征谱线,其他元素特征谱线一般和钠的特征谱线很相似,都是由一些分离的线组成。

Hα是红钱,波长是6 562.2埃;Hβ是深绿线,波长是4 860.74埃;Hγ是青线,波长是4 340.10埃;Hδ是紫线,波长是4 101.20埃。谱线并不是只有4条,越接近粗黑线谱线越密,粗黑线所在的位置似乎是这些线的极限,斜线部分是连续光谱。这个谱线是1885年由巴耳末发现的。当时人们并不知道氢为什么具有这样的线系,但是人们知道每一种元素的原子具有自己独特的光谱线和光谱线系,任何两种元素的原子光谱不会混淆不清,所以光谱的一个很明显的用途是利用光谱确定原子的种类。光谱线还因为磁场、压强和温度的不同有一个微小的变化,这些变化可以用来确定光源所在位置的物理环境。

 吸收光谱

现在我们再回到实验室来做实验。用一盏白炽灯的光照着光缝,我们便可得到一个没有明线的连续光谱。就如太阳的光谱一样表现为照片上一系列连续分布的色带在这盏灯所发出的灯光里有着从紫色至红色的一切辐射。一切白炽的物体都会发出这样的连续光谱。

接着谈我们的第二个实验,这是1859年基尔霍夫所做的有名实验,它使我们了解恒星光谱的形成。在前面所说的实验里,在从白炽灯而来的白光中间,放上一个撒有食盐的黄色气体火焰,当然,在这火焰里含有钠的原子。我们可以看见,在原来那两条钠的明线的位置处,却显现出两条黑线在明亮背景上。我们把明线叫做发射线,黑线叫做吸收线。

上下两图都是直接观测得的钠元素的谱线,中图是白炽灯光透过含纳元素的火焰光谱这种现象的解释是这样的:火焰里的钠原子不但能发射,而且能吸收相同的辐射,随灯或火焰两者之间温度的差别而显现出明线或暗线。即是说,钠原子在单独的条件下可以发射特征谱线,也可以在有白光照射的情况下吸收与发射的谱线相对应的光波,从而在连续光谱的背景上产生黑线,这就是钠的吸收光谱。类似于钠,其他元素也都有这种情况。

我们得到了上述这些概念以后,便可以进一步了解它们在天文学上的应用。

 恒星光谱

试考察一个恒星的光谱,例如天津四(天鹅α)的光谱(图3-11正像)。在照相底片上黑色的部分,叫做连续背景的,是由天津四所发出的光形成的。这背景上有若干条透明的线,这就是一些元素的吸收谱线。我们利用铁的谱线形成的标准光谱,根据精密的测量,可以计算出这些吸收线的波长,从而确定元素的种类。光谱上有一群模糊,看上去似很紧密的线,这便是巴耳末研究过的氢的谱线,那里我们可以找到H-α、H-β等谱线。在这两条强线附近,还有两条很细微、很清晰的谱线,它们差不多和氢的谱线混合在一起,波长是3 933埃和3 968埃,这是失掉一个负电子的钙原子发出的谱线,它是带正电荷的,它的符号是Ca++。所以,从光谱上我们很容易分辨出H、Fe、Ca++的吸收线,从而猜测天津的大气中能有这些元素。

恒星的光谱是中间的一带,白色背景上分布着一些黑线。两旁的明线光谱是铁弧光谱。愈向左端愈密集的许多条黑线是氢的谱线。最右端双线中的一条和第二条谱线是钙的谱线,其他谱线大多数是铁的,有一些是电离钛的

主星序里由FO至M型的星首先金属谱线的数目增加得特别多。氢的谱线H-β与H-γ逐渐变弱。CH分子的谱带G由FO至G8逐渐增强,以后又逐渐变弱。中性钙的谱线4226逐渐增强(负象)。大多数恒星的光谱与天津四的光谱相像,只是每个光谱的吸收线有多寡的不同罢了。表示现今常用的恒星光谱的分类。这种分类的方法先经塞奇和洛基尔试行,再经皮克林和弗莱明用物端棱镜法加以改进和奠定基础,最后终于在哈佛大学的天文工作者的手中完成了。这项工作成果发表在有名的亨利·德雷伯星表(简称HD星表)之中,计有22.5万颗亮于9等星的光谱型。哈佛分类法已经被大家采用,这种分类的根据是温度。早型星较热,晚型星较冷。将星球和已知温度的炉子比较,从而测定星的温度,在法国有夏龙日和他的学生做过这样的研究。

公认的光谱分型法恒星光谱具体的分类为:

O型:温度为3万摄氏度。这是很热的星,有着特别多的电离氦和高度电离的金属谱线。代表星是猎户λ。

B型:温度为2万摄氏度。仍是热星,有着中性氦、电离金属和氢的谱线。代表星是猎户ε(参宿二)。

A型:温度为1万摄氏度。相当热的星,有着氢和电离钙的谱线。代表星是天琴α(织女)。

F型:温度为0.75万摄氏度。仍有很强的氢谱线,电离钙的谱线达到极大的强度,出现了电离的铁和钛的很强的谱线。代表星是英仙α(天船三)。

G型:温度为0.56万摄氏度。这是中性金属(铁和钛)和中性钙的星,氢和电离钙的谱线仍然可以看见,出现了一些分子(如CH、C-2)的光带。代表星是太阳和双子ε(井宿五)。

K型:温度为0.4万摄氏度。K型和G型有相同的特征,只是分子光带加强,并且出现了氧化钛(TiO)的谱带。代表星是金牛α(毕宿五)。

M型:温度为0.3万摄氏度。这是具有氧化钛的冷星,虽然有铁、钙和中性钛的谱线,但是这些红色的特征当是它们极强的谱带。代表星是天蝎α(心宿二)。

我们说过氢的谱线在由O至F5型的星内都很显著,随后才慢慢消逝。O与B两型星有氦的谱线。注意自上而下电离钙的谱线K与H逐渐加强,这两条谱线在冷星不显著,那是因为冷星发出的紫外线不够多。光谱向蓝端加强,而且出现许多谱线,这是冷星的特征。在M0型星里有氧化钛TiO的带状光谱出现。

同类推荐
  • 海洋馆漫游:海洋怪象实录

    海洋馆漫游:海洋怪象实录

    放眼全球,世界上最发达的国家都是海洋大国,经济最活跃的地区都在沿海地区。在当今国际社会,开发海洋、拓展生存和发展空间,已成为世界沿海各国的发展方向和潮流。海洋是一个富饶而未充分开发的自然资源宝库。海洋自然资源包括海域(海洋空间)资源、海洋生物资源、海洋能源、海洋矿产资源、海洋旅游资源、海水资源等。这一切都等待着我们去发现、去开采。青少年认真学习海洋知识,不仅能为未来开发海洋及早储备知识,还能海洋研究事业做出应有的贡献。
  • 科技常识速读(速读直通车)

    科技常识速读(速读直通车)

    科学技术被广泛的应用到了生活的个个领域,不仅方便了人们的生活,也促进了现代文明和社会的发展。我们对于日常生活中的常用的科学技术产品会有所了解,但是对于更多的还只是初识而已!比如:数字化虚拟人、科学考察船、宇宙飞船、新概念武器、DNA重组技术、纳米技术等。本书对这些新兴领域的科技成果做了一一的展示,不仅拓展了读者的科学技术方面的知识,还丰富和方便了大家的生活。
  • 海洋馆漫游:海洋动物乐园

    海洋馆漫游:海洋动物乐园

    放眼全球,世界上最发达的国家都是海洋大国,经济最活跃的地区都在沿海地区。在当今国际社会,开发海洋、拓展生存和发展空间,已成为世界沿海各国的发展方向和潮流。海洋是一个富饶而未充分开发的自然资源宝库。海洋自然资源包括海域(海洋空间)资源、海洋生物资源、海洋能源、海洋矿产资源、海洋旅游资源、海水资这一切都等待着我们去发现、去开采。青少年认真学习海洋知识,不仅能为未来开发海洋及早储备知识,还能海洋研究事业做出应有的贡献。
  • 必知的导弹火炮

    必知的导弹火炮

    本书主要讲了导弹火炮知识。军事是一个国家和民族强大和稳定的象征,在国家生活中具有举足轻重的作用。国家兴亡,匹夫有责,全面而系统地掌握军事知识,是我们每一个人光荣的责任和义务,也是我们进行国防教育的主要内容。
  • 天文馆漫游:宇宙奇观

    天文馆漫游:宇宙奇观

    本套天文馆漫游知识丛书具有很强的科学性、知识性、前沿性、可读性和系统性,是青少年了解天文、增长知识、开阔视野、提高素质、激发探索和启迪智慧的良好科谱读物,也是各级图书馆珍藏的最佳版本。
热门推荐
  • 光荣的荆棘路

    光荣的荆棘路

    真正的名人,吸引人们关注目光的往往并非是他们头顶上耀眼的光环,而是他们的事业精神与人格魅力。盛名之下,真实的名人是何样子?《光荣的荆棘路》辑选的文章将带您一起走近名人,倾听他们的心路历程,分享他们光环背后的苦乐喜忧。这里有大师的画像,有岁月的朝花夕拾,有繁华落尽后沉淀的思想。他们经纬交织的阅历,映射出的是智慧的光芒,是人性的光辉。一起来走进这一精神殿堂吧!
  • 艺术百科知识博览

    艺术百科知识博览

    艺术家通过艺术创作来表现和传达其审美感受和审美理想,欣赏者通过艺术欣赏来获得美感,并满足自己的审美需要。出于一种朴素的愿望,为了让大家对艺术有一个基础性的认识和理解,王志艳精心编撰了《艺术百科知识博览》。
  • 谁是真英雄(原创经典作品)

    谁是真英雄(原创经典作品)

    善读精品美文,拾取久违的感动;体悟百味人生,感受成长的快乐。阅读其间,时而在惊险悬疑的案件中悚然而惊,时而为体察入微的真情潸然泪下,时而又涌动着想针砭时弊的激情……掩卷而思,人性的美丑,世事的善恶,人生际遇的变幻无常不禁让人感慨万千。
  • 狂妃驯冷王

    狂妃驯冷王

    现代令人称羡的天才女,医学、动物学双博士后学位,有与动物沟通的超异能,却在一次地震中穿越到莫名王朝,附身于浩瀚大漠可汗的废材三公主身上。辽旦大国欲与大漠和亲,三公主赫连素心主动请缨,力战群公主获得了和亲资格。和亲路上她乔扮丫鬟,碰山贼、遇色狼,还有阴魂不散的冷面怪人,一路历经波折最终却未能嫁给年幼小皇帝,而是让她嫁给了当朝摄政王临王爷,大喜之日她才悲催的发现,新郎倌竟然是……看天才女如何在临王府风生水起,先替临王爷医治‘不举之症’,再替其他侧妃牵线搭桥……
  • 明治天皇:孝明帝驾崩卷(下册)

    明治天皇:孝明帝驾崩卷(下册)

    《明治天皇》再现了日本从幕末走向明治维新的历史变革,以优美的文笔,宏大的场景,详细描绘了日本近代决定国运的倒幕运动的整个过程。本书塑造了一个个鲜活的日本近代史人物形象,以及他们的坚定信念,对“安政大狱”、“樱田门之变”等重大历史事件的描述详实生动,是一部了解近代日本不可多得的佳作。
  • 绝宠毒医妖妃

    绝宠毒医妖妃

    苏琉贵为将军府嫡女,却遭深爱之人背叛,重生为王府贵女苏素。面对小娘责难,三皇子退婚,她临危不惧,以雷霆手段震慑府中庶出子女,寻访鬼医,修的一身毒术,更是妙手回春,治好卧病多年的生母。宫中妃子急症,她遭人设计,被迫入宫,却不想自此闻名、宫宴之上,多位王侯示爱,她一一谢绝,偏生找上以风流闻名的二皇子,以色侍君,迷惑他弑兄杀父,争夺王位,借二皇子之手生剐前世仇人谢言。她救出被困在北渊的南昭太子慕容凌,隐藏身份,助他平定天下,两人之间情愫暗生。天下太平,她随中毒已深的北渊二皇子归隐山林,却不料终于慕容凌偶遇。面对她的旧爱与新欢,她该如何选择?
  • 无敌大小姐

    无敌大小姐

    当现代阴狠毒辣,手段极多的火家大小姐火无情,穿越到一个好色如命,花痴草包大小姐身上,会发生怎样的化学反应?火无情一醒过来就发现,自己竟然在众目睽睽之下上演脱衣秀。周围还有一群围观者。这一发现,让她极为不爽。刚刚穿好衣服,便看到一个声称是自家老头的老不死气势汹汹的跑来问罪。刚上来,就要打她。这还得了?她火无情从生自死,都是王者。敢动她的人,都在和阎王喝茶。于是,她一怒之下,打了老爹。众人皆道:火家小姐阴狠毒辣,竟然连老爹都不放在眼里。就这样,她的罪名又多了一条。蛇蝎美人。穿越后,火无情的麻烦不断。第一天,打了爹。第二天,毁了姐姐的容。第三天,骂了二娘。第四天,当众轻薄了天下第一公子。第五天,火家贴出招亲启事:但凡愿意娶火家大小姐者,皆可去火府报名。来者不限。不怕死,不想活的,欢迎前来。警示:但凡来此,生死皆与火家无关。若有残病者火家一律不负法律责任。本以为无人敢到,岂料是桃花朵朵。美男个个很妖娆一号美人:火无炎。火家大少爷。为人不清楚,手段不清楚。容貌不清楚。唯一清楚的是,他有钱。有多多的钱。火无情语录:钱是好东西。娶了。(此美男,由美瞳掩饰不了你眼神的空洞领养。)火老爷一气之下,昏了过去。家门不幸,家门不幸啊。二号美人:竹清月。江湖人称天上神仙,地上无月。大国师一枚。美得惊天动地。火无情语录:美人好,尤其是自带嫁妆又会预测未来的美人,娶了。(此美男,由东de琳琳领养)三号美人:轩辕子玉。当朝七皇子,游历四国。一张可爱无敌的脸。单纯至极。火无情语录:可爱的孩子好,可爱又乖巧的孩子更好。可爱乖巧又不用给钱的孩子,娶了。(此美男,由刘千绮领养)皇帝听闻,两眼一抹黑。他的儿啊。怎么就这么不争气呢。四号美人:天下第一美男。性格不详,籍贯不详。火无情语录:谜一样的美人,她喜欢。每天都有新鲜感。娶了。(此美男,由告别的爱情li领养。)五号美人:天下第一名伶。火无情语录:解风情的美男,如果没钱花把他卖了都不用调教。娶了。(此美男由伊眸领养。)六号美男:解忧楼楼主。相貌不详,身世不详。爱好杀人。火无情语录:凶恶的美人,她喜欢。娶了。(此美男由陈铭铭领养)七号美男:琴圣。貌如谪仙,琴音杀人。冷清眸子中,百转千回,说尽风流。(此美男由伊眸领养)夜杀:天下第一杀手。(此美男由静寂之夜领养)
  • 懂“坏”的女人最幸福

    懂“坏”的女人最幸福

    “坏”女人的机智、狡黠、成熟的心机,并不钟情于所有的女人。这一点点的坏与年龄无关,与相貌无关,与金钱无关。成为“坏女人”要靠智慧、精明、心机,但又不仅仅凭借于此。此书中的“坏”女人不是指那些心如蛇蝎、十恶不赦、没心没肺、下贱淫乱的女人,而是指那些本质里拥有着令人欣赏的传统一面,但比乖乖女活得更自在、更精彩的女人。做个外表绚烂内心坚强,让男人神魂颠倒的“坏”女人,其实很好!好女人上天堂,“坏”女人走四方。女人“坏”一点,男人爱一点。不坏不女人!女人的“坏”是无罪的,是有理的,是可爱的。
  • 东宫有本难念的经

    东宫有本难念的经

    宝庆十九年春,大佑国皇太子大婚,大将军之女入主东宫。一个不是淑女的将门千金遭遇一个不是文韬武略的中庸太子,到底是佳偶天成,还是冤家路窄?成婚一年不足,太子忽然休妻。迷影重重,生死茫茫,这样一来,还是不是大团圆结局?
  • 快捷粉面

    快捷粉面

    《快捷厨艺丛书》精选了不同快捷烹饪技法做出来的1000种美食,包含1000多种营养功效知识及小贴士,读者既能学到做美食的基本技法,又能了解相关的营养知识,照本习读,新手亦能快速做出郁香昧美的美食来。