光譜學與原子物理

吸收線光譜

把太陽的光足夠仔細地透過稜鏡散開,那道平滑的彩虹竟會顯出瑕疵:它被幾百條細細的暗線橫切,像彩色織物裡缺失的絲線。每一條暗線,都是一種悄悄不見了的顏色。這就是吸收線光譜,也是恆星所展示的最常見的一類光譜。

當一束包含所有顏色的光——來自熾熱緻密光源的連續彩虹——向外穿過一團較冷、較稀薄的氣體朝我們而來時,就會形成它。那團氣體裡的原子抓走恰好屬於它們專屬顏色的光子,把電子抬高一級,從而從光束中奪走正是那些波長。透出來的光,就是原本的彩虹減去一組精確的顏色,於是我們看到一道道暗缺口,恰好坐落在那種元素本會發出亮線的位置。

這正是為什麼恆星的光譜多半是一片平滑的輝光,上面刻著暗線:深處熾熱緻密的氣體造出彩虹,而恆星較冷的外層大氣把自己的化學指紋以暗吸收線的形式蓋了進去。把這些缺口與實驗室的圖案對應起來,天文學家便讀出了恆星大氣中漂浮著哪些元素——這是人類頭一回得知群星由什麼構成。

夫琅禾費在一八一四年最早編錄了太陽的暗線;我們如今知道,標記為 D 的那對強線來自鈉,H 與 K 線來自鈣,全是被太陽自身的大氣從陽光中奪走的。

一道缺了顏色的彩虹——每個缺口都點名了它所穿過的較冷氣體中的一種元素。

那些「缺失」的光並未被消滅:被吸收的光子會重新發出,但方向是隨機的,因此幾乎沒有哪個會徑直沿原來的光束返回。於是前進的光束在那些精確波長處變得更暗。

又稱
absorption spectrumdark-line spectrumFraunhofer lines吸收光谱暗线光谱夫琅禾费线