圖1 牛頓的分光實(shí)驗(yàn) 白光不但能被分成多種顏色，而且分出的多種顏色還能再合起來(lái)變回白光。

圖2 夫瑯和費(fèi)線

陽(yáng)光的光譜應(yīng)該這么讀：從右到左是紅橙黃綠青藍(lán)紫，兩邊都為黑色是因?yàn)槌隽丝梢?jiàn)光范圍，眼睛看不見(jiàn)了。右邊的黑區(qū)叫“紅外”即可見(jiàn)光紅色的外面。紅外光眼睛雖然看不見(jiàn)，但是特殊的照相機(jī)（ “夜視”相機(jī)）能看到。靠近暖氣，皮膚也能感覺(jué)到它發(fā)出的紅外光，即熱能。左邊的黑區(qū)叫“紫外”，即紫色之外。也是眼睛看不到但可以曬黑皮膚、破壞DNA和導(dǎo)致皮膚癌。可見(jiàn)光譜和與之近鄰的紅外和紫外區(qū)可以粗分成9組夫瑯和費(fèi)線，A到H，每組里又可細(xì)分成更多的組和細(xì)線。

光譜中這細(xì)細(xì)的暗線到底是什么呢？其實(shí)就是光線通過(guò)原子周圍電子云的時(shí)候，電子云把光 “吃掉” 的現(xiàn)象。一種形狀的電子云只吃掉某個(gè)特定顏色的光，把這個(gè)顏色吃掉了，就會(huì)在光譜中這個(gè)顏色原來(lái)的地方留下一條黑線。自然界就是這樣神奇，太陽(yáng)光通過(guò)太空到達(dá)地球的路上會(huì)遇到很多原子，并和這些原子外面的電子云打交道。比如，遇到一億個(gè)氫原子，它們的電子云都是跳一樣的舞，跳一個(gè)花樣并吃掉一個(gè)顏色，跳另一個(gè)花樣就吃掉另一個(gè)顏色的光。之后，陽(yáng)光的光譜里就會(huì)出現(xiàn)由氫原子電子云跳舞產(chǎn)生的一組四根黑線（巴爾末線系）。氫是如此，氦是如此，氧鈉鈣鐵鎂汞也都是如此，像指紋一樣各有各的特征。所以，夫瑯和費(fèi)線是光譜上很多原子特征吸收的集合。

圖3 分光計(jì) 夫瑯和費(fèi)（前景中間站立者）向科學(xué)家們展示他新發(fā)明的分光計(jì)。

夫瑯和費(fèi)線這一美麗的現(xiàn)象，在多個(gè)科學(xué)領(lǐng)域都做出了不朽的貢獻(xiàn)。在這里舉兩個(gè)簡(jiǎn)單的例子：

一是了解遠(yuǎn)處恒星的化學(xué)組成。宇宙很大，恒星太遠(yuǎn)而且溫度很高，人類不可能上去采樣分析。據(jù)此，那時(shí)（18世紀(jì)）有人斷定人類永遠(yuǎn)不可能知道某些恒星的化學(xué)組成。

圖4 紅移 鄰近（左）和遙遠(yuǎn)（右）星光的光譜中，都有比例相同的夫瑯和費(fèi)線，但是遙遠(yuǎn)星光的夫瑯和費(fèi)線出現(xiàn)在光譜中更紅的區(qū)域，這個(gè)現(xiàn)象便是紅移。

圖5 仙女座撞銀河的驚天動(dòng)地  此圖是40億年后的天象。根據(jù)哈勃望遠(yuǎn)鏡的研究和計(jì)算機(jī)模擬，由藝術(shù)家創(chuàng)作，圖源。

可夫瑯和費(fèi)卻一直是個(gè)“民科”，沒(méi)學(xué)歷。用他自己的話說(shuō)，“我沒(méi)時(shí)間玩那些花招子，我的研究就是為了改進(jìn)望遠(yuǎn)鏡這么個(gè)實(shí)際目的”。直到1822年，巴伐利亞的埃朗根-紐倫堡大學(xué)（FAU， Univ. Erlangen-Nuremberg）才倒貼給了他一個(gè)名譽(yù)博士的學(xué)位。

圖7 人眼分辨率

分辯率指能分辨兩個(gè)點(diǎn)的能力，不是能否看得見(jiàn)。右邊圖中上面的兩個(gè)點(diǎn)可以分辨，下邊的兩點(diǎn)融合不可分辨。但兩種情況下光點(diǎn)都能看見(jiàn)。夜空中看到的大多數(shù)星體都是一個(gè)點(diǎn)，而不可以分辨其形狀。

圖8 望遠(yuǎn)鏡的兩種基本類型

圖9 歐洲南半球天文臺(tái)極大望遠(yuǎn)鏡的想象圖。為啥工作的時(shí)候旁邊要有幾束激光呢？因?yàn)榇髿鈱恿鲃?dòng)造成其密度不斷變化，相當(dāng)于在望遠(yuǎn)鏡前面加個(gè)不完美透鏡。用激光可以探測(cè)到當(dāng)前大氣的不均勻，可以即時(shí)在望遠(yuǎn)鏡的主反射鏡下面不同的地方頂一頂，讓主反射鏡稍微變形，這樣就能補(bǔ)償因大氣不均勻造成的分辨率降低。

圖10 夕陽(yáng)中大氣外的哈勃望遠(yuǎn)鏡

圖11 哈勃的2.4米主鏡片。誤差只有頭發(fā)絲的幾十分之一

圖12 哈勃圖像的代表作 上為銀河中的點(diǎn)點(diǎn)繁星；下為一個(gè)河外星系內(nèi)星星誕生的過(guò)程（紅色煙塵中大量藍(lán)色的新星星），左下藍(lán)色的煙圈是一個(gè)恒星死亡的時(shí)候拋出的大量氣體。

圖13 哈勃深空?qǐng)觯诒緛?lái)空曠的天區(qū)發(fā)現(xiàn)數(shù)千個(gè)與銀河系類似的星系，它們的光來(lái)自宇宙誕生早期，今天才到地球。

圖14 位于貴州的500米口徑射電天文望遠(yuǎn)鏡（FAST）

另一項(xiàng)研究是氫原子21厘米線大規(guī)模測(cè)量。所謂 “21厘米線” 就是氫原子光譜中位于21厘米處的一根亮線，類似于前面說(shuō)的燃燒金屬發(fā)出的一條亮線，不過(guò)這條線在微波波段里，眼睛看不見(jiàn)。既然是條亮線，它也隨物體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生紅移，因此測(cè)量不同天區(qū)的紅移就能畫(huà)出該點(diǎn)宇宙的三維構(gòu)造。

有人認(rèn)為，快速電爆和氫原子21厘米線都與外星文明有關(guān)。比如外星文明也許會(huì)利用這個(gè)21厘米線的倍頻率來(lái)發(fā)短信。是個(gè)無(wú)理數(shù)，自然界中是不存在的，一個(gè)知道的文明就可以這樣的頻率來(lái)宣示自己的存在，接收者也能心領(lǐng)神會(huì)，利用數(shù)學(xué)這種文明的高度抽象來(lái)確認(rèn)其他文明的存在。

圖15 南仁東在FAST工地