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  cuina921020 2013-11-06 00:00:00

  實(shí)驗(yàn)中白屏上看到的光帶稱為光譜。光譜的實(shí)質(zhì)就是光的頻率強(qiáng)度分布。 一百多年后，德國光學(xué)專家夫瑯和費(fèi)將制作了精度更高的分光鏡，發(fā)現(xiàn)了太陽光譜中更精細(xì)的結(jié)構(gòu)。他發(fā)現(xiàn)在太陽連續(xù)的背景光譜上，還有幾百條暗線。夫瑯和費(fèi)用拉丁字母給Z明顯的暗線編了號(hào)，但遺憾的是他并沒有弄清楚這些暗線的本質(zhì)。 德國物理學(xué)家基爾霍夫與化學(xué)家本生合作研究了這些暗線的秘密。他們利用“先進(jìn)武器”本生燈和分光鏡，研究了不同物質(zhì)在高溫下火焰的光譜。并發(fā)現(xiàn)：不同物質(zhì)高溫蒸汽的光譜都成分立線狀，并且只與其所含元素有關(guān)(如食鹽(氯化鈉)與硫酸鈉有相同的黃色亮雙線)。很多元素火焰中的亮線光譜與太陽光譜中的暗線有對(duì)應(yīng)關(guān)系，如鈉的雙黃線與太陽光譜中的D雙線對(duì)應(yīng)。經(jīng)過進(jìn)一步研究，他們還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)蜏卣羝挥诟邷剡B續(xù)譜發(fā)射源與分光鏡之間時(shí)，觀察到的光譜與太陽光譜十分類似。并且暗線的位置與對(duì)應(yīng)的高溫蒸汽亮線的位置也是一致的?；鶢柣舴驌?jù)此總結(jié)出兩條定律：每一種元素有其對(duì)應(yīng)的幾個(gè)光譜頻率;當(dāng)稀薄氣體的溫度低于背景輻射體的溫度時(shí)，光譜中產(chǎn)生在該頻率上的吸收譜線，反之光譜中產(chǎn)生在該頻率上的發(fā)射譜。這兩條定律稱為基爾霍夫定律，是光譜分析的基礎(chǔ)。從此，人們便依照光譜可以知道恒星的化學(xué)組成了。 20世紀(jì)上葉，量子理論的出現(xiàn)為基爾霍夫定律的物理意義提供了合理的解釋。在此以較為粗糙、容易理解的玻爾原子模型解釋，有興趣的讀者可以閱讀專業(yè)書籍了解由電子波函數(shù)描繪的電子云模型。丹麥物理學(xué)家玻爾從稀薄氣體光譜是分立的線狀譜出發(fā)，認(rèn)為電子是處在原子核周圍不同確定能量的軌道(能級(jí))上的。當(dāng)電子在不同能級(jí)之間躍遷時(shí)，就會(huì)吸收或發(fā)射一個(gè)與兩能級(jí)間距等能量的光子，反之亦然。當(dāng)稀薄氣體溫度比背景輻射源高時(shí)，前者中位于高能級(jí)的電子就比后者中的多，對(duì)于兩個(gè)確定的能級(jí)，在這團(tuán)氣體中向較低能級(jí)躍遷的電子比向較高能級(jí)躍遷的多，所以就產(chǎn)生了對(duì)背景輻射的吸收。 當(dāng)然，固定能級(jí)是有上限的。當(dāng)電子吸收的光量子能量超過上限時(shí)，電子脫離原子核束縛，稱為電離，電離過程發(fā)射的輻射頻率是不確定的。氣體云的溫度、密度和成分不同，都會(huì)導(dǎo)致它輻射的連續(xù)譜和分立譜強(qiáng)度比例的不同，通過分析這個(gè)比例，也可以反推出氣體云的信息。由于溫度很高，各種碰撞和躍遷產(chǎn)生了大量不同的頻率，太陽光球的輻射是連續(xù)譜，其輻射功率關(guān)于頻率的函數(shù)曲線滿足普朗克黑體輻射公式。緊靠光球表面的那層大氣產(chǎn)生了光譜中主要的暗線。大部分恒星的狀況與太陽類似。 弄清了恒星光譜的組成部分——連續(xù)背景和暗線的成因后，我們就知道恒星光譜能告訴我們那些信息了。它幾乎能告訴我們恒星表面的一切信息：溫度、成分、密度，或是有塵埃帶、噴發(fā)之類的異常。除了暗線，有些極高溫的活躍恒星還有亮線疊加在連續(xù)譜上，但對(duì)于大多數(shù)恒星而言，暗線仍是主要的研究對(duì)象。 根據(jù)暗線的分布特征，可以把恒星光譜分成很多光譜型。光譜型主要決定于恒星的表面溫度。這是由于不同種原子(中性和電離也算不同種)的能級(jí)間距對(duì)應(yīng)的溫度范圍是不同的。在普通原子中，能級(jí)間距Z寬(即對(duì)應(yīng)譜線頻率Z大)的是電離氦，即一個(gè)電子成為自由電子的氦原子。中性氦次之，然后是一些電離金屬原子，如鈣(太陽光譜中有很強(qiáng)的電離鈣的H線和K線)，間距Z窄的是一些中性金屬原子，如中性鐵。所以溫度越高的星，其主要譜線的能級(jí)間距就越寬。根據(jù)不同譜線對(duì)應(yīng)不同溫度的原理，人們把恒星光譜分為以下幾類： 分類記號(hào) 主要譜線特征 表面溫度范圍(K) O 電離氦比中性氦強(qiáng) >30000 B 電離氦比中性氦弱 11000~30000 A 氫強(qiáng)度Z大，電離鈣出現(xiàn) 7200~11000 F 電離鈣強(qiáng)，氫減弱，中性金屬出現(xiàn) 6000~7200 G 電離鈣強(qiáng)，中性金屬強(qiáng) 5200~6000 K 中性金屬強(qiáng)，電離鈣減弱 3500~5200 M 中性金屬強(qiáng)，出現(xiàn)分子吸收譜帶

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