星光还能告诉我们什么

6．星光还能告诉我们什么

知道了恒星的距离，关于恒星性质的许多问题，便得以迎刃而解。首先根据恒星的亮度和距离，可以算出它比太阳亮或暗多少倍。这样比较的结果是惊人的，例如牛郎星比太阳亮8倍、织女星亮50倍、天狼星亮26倍，猎户座的参宿七比太阳亮16000倍，离我们最近的比邻星，亮度只有太阳的1‰。自行最快的巴拿德星，亮度为太阳的0.05%。我们太阳的绝对亮度在众星之中，是介于中间的恒星。

恒星的颜色也是多种多样的，有红色的、黄色的、白色的以及蓝色的等等。恒星的颜色表示了恒星的表面温度，红色的为2000℃左右，黄色的6000℃左右，白色的约12000℃，蓝色的可达20000℃。恒星表面的温度表示了它的发光能力，温度愈高，发光能力愈强。从地面实验室中可以导出表面温度与发光能力的关系，以及发光物体表面颜色与温度的关系，将这些结果应用于恒星，可以算出恒星的表面积，从而算出恒星的直径。对恒星直径大小的计算结果更加惊人，例如织女星直径是太阳的2.2倍，天狼星是1.8倍，参宿七是33倍，心宿二是450倍，若将太阳放在心宿二的中心，火星也将囊括其中，御夫座星（柱六），直径是太阳的2100倍，若将太阳放在它的中心，土星也将包括其中。心宿二和柱六都属于红巨星。比太阳小的恒星也很多，距离太阳最近的30颗恒星之中，只有2颗大于太阳，所以从大小而言，太阳是一颗黄色的中等大小的恒星。

恒星的质量大小是通过双星系统计算出来的，根据双星系统的运行周期和轨道半径，可以计算出双星系统每颗星的质量。迄今为止，尚未发现质量大于太阳质量100倍的恒星，参宿七的质量为太阳的50倍左右。质量小于太阳质量1/10的恒星，发光能力极弱，可能难以形成发光的恒星。

通过对恒星距离的测定，把多彩的恒星世界图景显示在人们面前。从暗弱的星光中我们还能得到什么知识呢？有些唯心论者认为有些事物是人类不可能认识的。1842年法国哲学家孔德说：“我们可以确定天体的形状、距离和亮度，我们可以研究它们的运动，但是在任何时候和任何情况下，我们也不能知道天体的化学组成。”

不可知论的这个论断，不到20年便遭到了彻底的破产，在发现了光谱分析方法之后，我们不但能够知道天体的化学组成，还获得了许多以前意想不到的知识。人们早已发现，白光经过三棱镜后会变成七色光，牛顿认为白光实际上是混合光，是由红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等颜色的光混合而成的。1806年，德国的方和斐用狭缝将日光分解得更加清晰，首次看到了太阳光谱，他发现在太阳光谱上有些暗线，总是出现在固定位置。又过了50年，德国的克希霍夫和本生给出了对太阳光谱中暗线的解释。

他们将食盐放在酒精灯的火焰中，无色的酒精灯火焰马上变成黄色，用分光镜观察火焰的光，在波长等于5890埃和5896埃的位置，非常分明地出现了二条黄色亮线。若将碳酸钠放在酒精灯火焰中，也出现这二条亮线。这说明这二条黄色亮线是钠的光谱，凡是含有钠的物质都会在光谱中显示这二条亮线。克希霍夫和本生做了大量的实验，将各种不同的物质放入酒精灯火焰中观察它们的光谱。他们发现不同的元素有不同的光谱，我们可以从光谱线知道物质的成分。

后来他们继续实验，在钠焰后面放上更亮更热的白光光源，白光发出连续的光谱，当白光通过钠焰之后，在连续光谱上出现了两条暗线，它的位置恰恰是原来钠谱线的位置。多次实验之后克希霍夫和本生又得到新结论：若产生连续光谱的光穿过较冷的气体，那么气体将从光谱中吸收那些自己在炽热状态下发射的光谱线。

光谱分析的方法很快地便应用在化学研究中，也应用到天文学中。太阳本体是个温度极高的发光球体，它发射着连续光谱。太阳本体之外有一层温度较低的太阳大气，当太阳本体发出的光穿过大气时，产生了光谱吸收，因此从太阳光谱的吸收线可以知道太阳大气的成分。人们将各种元素的光谱与太阳光谱中的吸收线对照，辨认出太阳上含有氢、钠、钙、铁……等等，然而还有一组很强的谱线，一直未能找到它所代表的元素。1869年英国科学家洛克尔为它起名为氦，希腊语是太阳的意思。为了在地球上找到氦，又花了几十年时间，直到1895年才从一种含铅的矿物中找到了这种物质，原来它是仅重于氢的一种隋性气体，在地球大气中含量不到万分之一，然而在恒星中却含量极大。

对星光的光谱分析使我们了解了恒星的化学结构。研究结果表明构成天体的元素与构成地球的元素都是一样的，显示了宇宙间物质的统一性。由光谱线的强度可以知道恒星中某种物质的构成比例，由光谱线的红移或紫移可以知道天体是远离还是向我们运动，由偏移度可算出速度值。由光谱线的分裂可以知道天体上的磁场情况。对于双星，可以从两组光谱线的相互位移，计算出它们的轨道运动……。

对天体的光谱分析使我们对恒星世界的了解更加全面。我国天文界已开始了“大天区多目标光纤光谱望远镜”计划，将建造巨大的观测天体光谱的望远镜系统，对天体展开大规模的分光研究。它将为我国开展宇宙学的研究工作提供有力的观测手段。