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日志

 
 

方舟子:让我们接近星星   

2013-07-07 10:39:45|  分类: 好文章强力推荐 |  标签: |举报 |字号 订阅

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让我们接近星星

作者:方舟子

仰望晴朗的夜空,星星不过是一个个亮点,是如此的遥远、神秘。
即使在天文望远镜发明之后,人们也无法用它一窥恒星的真面目。这使得
实证主义哲学的创建者、法国哲学家孔德在1835年为了说明人类的认识有
其局限时,举恒星为例,声称人类只能对恒星做一些简单的视觉观察,永
远无法知道恒星的化学组成及其温度。

在孔德如此自信地下断言时,他并不知道早在20多年前,一个名叫弗
朗荷费(1787-1826)的德国人已经找到了研究星星的一种新方法。弗朗
荷费11岁成为孤儿,没有上过学,靠自学成为光学仪器专家。1812-1814
年间,弗朗荷费在为天文望远镜制造消色差物镜时,需要精确地测定透镜
的折射率。早在1666年,牛顿发现阳光经三棱镜折射后,被分解成了7种
颜色的光,它们似乎形成了一个连续不间断的光谱。1802年,英国化学家
沃拉斯顿注意到光谱并非连续的,其中有7条黑线,他天真地将它们当做
是颜色的自然边界。1814年,弗朗荷费用更精密的方法进行观察,发现太
阳光谱中的黑线多达500多条,他对其中324条的波长进行了测量,并对最
明显的8条用字母标记。

一种明显的可能性是,这些黑线是棱镜产生的假像。为了否证这一点,
弗朗荷费用260条密集的金属丝制造了第一个衍射光栅,阳光穿过它之后,
也形成了光谱,而且同样出现了那些黑线。接下来,弗朗荷费做了一件从
来没有人想过要做的事:他把望远镜对准某颗恒星,再让星光穿过棱镜,
形成了恒星光谱,上面也有黑线,但是位置与太阳光谱并不完全相同。

弗朗荷费也注意到,用酒精灯烧食盐,产生的火焰光谱中,有一条黄
色的光带,位置恰好与太阳光谱的D黑线重叠。但是他没有进一步研究这个
问题。1826年,弗朗荷费患肺结核病逝,年仅39岁。他至死都不知道这些
黑线是怎么产生的。1859年,德国物理学家基尔霍夫发现,如果燃烧某种
元素,发出的光经过棱镜后,会形成位置固定的光谱线。例如,燃烧钠,
会出现两条黄色的光谱线,它们的位置恰好与太阳光谱中的两条黑线相同。
为了验证它们的确相同,他让阳光先通过钠蒸汽,再通过棱镜,料想会见
到钠发出的光谱线刚好填补了太阳光谱的两条黑线。没想到,那两条黑线
反而变得更黑、更明显了。

这是怎么回事呢?基尔霍夫又做了几个实验才找到了答案。一种元素
被加热、发光,我们看到了它的发射光谱。但是在它处于冷却状态时,它
将吸收与它的发射光谱的波长一模一样的光。因此,太阳发出的光穿过比
较冷的钠汽,钠汽就会吸收那些它自己在炽热状态下发射的光线,而形成
黑线。也就是说,太阳光谱中那两条与钠光带相对应的黑线,是钠吸收线,
表明在太阳外大气层中,存在钠元素在吸收太阳内部发出的光。这样,通
过分析太阳光谱和恒星光谱,与化学元素的光谱对比,就可以知道太阳、
恒星上面都有什么化学元素。1868年,通过分析太阳光谱,法国天文学家
詹森发现太阳含有一种未知的元素,被称为“氦”(Helium,意思是“太
阳”),到1895年这种元素才在地球上发现。通过分析光谱,我们还可以
知道恒星的温度、压力、运动速度、旋转速度,甚至它的年龄和距离。星
空不再遥远而神秘。弗朗荷费的墓志铭准确地预见了这个结果:“他接近
了星星。”

孔德死于1857年。如果他晚死几年,见到星星的奥秘正在被揭开,将
会做何感想呢?哲学家往往是非常自信的“智者”,但是很遗憾,他们对
科学研究所划定的界限,几乎没有不被以后的科学进展证明了是错误的。

2005.1.22.

(中国青年报2005.2.16)



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