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天文|天文学家是怎么看星星的？( 二 )


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图3.典型的三棱镜（图源：网络）
// 光谱中蕴含的信息
那么为啥要做光谱观测呢？因为其中蕴含了天体的更多信息 。 光谱有时候也被称为天体的“指纹” ， 每个天体的光谱都是不同的 。
首先 ， 光谱中有所谓的“谱线”存在 。 一个天体的光被色散之后 ， 我们会看到并不是均匀的 ， 而会有很多信号强弱的变化 ， 就是谱线 ， 变强的部分叫做发射线 ， 而变弱部分的叫做吸收线 。
在光学波段 ， 谱线的形成主要是因为天体的原子(包括离子 ， 以下统称原子)外层电子跃迁对光子的吸收或者发射 。 每一种元素都有各自特定的能级 ， 所以他们所能吸收或放出的光子是特定的波长的 。 于是光谱中的谱线就成了标定原子的重要指标 。
图4就是典型的太阳光谱的局部 ， 其中可以看到一系列的暗线（吸收线） 。
天文|天文学家是怎么看星星的？
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图4.太阳光谱局部（图源：网络）
谱线除了能定性知道元素存在信息之外 ， 还能知道更多的细节 ， 例如恒星中元素的丰度（含量）、质量、自转速度、温度、年龄、视向速度等等 。
通过视向速度我们可以知道很多的事情 ， 例如整个银河系的运动 ， 宇宙膨胀等等 ， 都和这个有关 。 2019年诺贝尔物理奖获得者中的两位 ， 就是因为在1995年通过视向速度方法证认了人类发现的第一颗围绕主序星运转的太阳系外行星 。
// 光谱观测的做法
在望远镜的终端上 ， 如果装上了光谱仪 ， 那么往往会使用光纤或者狭缝去限制一下输入的星光 ， 只拍摄指定的观测目标的光谱 。
但是并不是所有的光谱观测都是单目标的 ， 典型的例子就是上一期提到的郭守敬望远镜 ， 它进行的就是多光纤光谱观测 。
再说一下专业天文观测用的光谱仪 ， 大部分望远镜用的可不是图3中的棱镜 ， 而是光栅等设备 ， 通过光的衍射来实现色散 。 生活中也有光栅的例子 ， 大家如果手头有光盘 ， 可以斜着用它反射阳光 ， 会看到色散后的样子 。
关于光谱观测 ， 我们先简单说到这里 。 最后放一张实际观测到的光谱 ， 这是来自我和合作者观测的一颗恒星光谱的局部 。 图5中可以看到很明显的一系列吸收线 。 不过这个只是局部 ， 至于光谱图像的全部 ， 不同的光谱设备会有不同的图像 ， 就不展示啦～
天文|天文学家是怎么看星星的？
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图5.一条实际观测得到的恒星光谱局部（图源：郑捷、江林巧）
简单说这么多 ， 天文学家看到的星 ， 其实和大众看的差异很大 ， 更多反映的是天体的物理本质 。 如果有兴趣 ， 欢迎来天文学专业就读 ， 或者到我们这里来参观访问哦 。
作者简介
郑捷：别名小林 ， 理学博士 ， 中国科学院国家天文台助理研究员 ， 兴隆观测基地驻站天文学家 ， 主要从事多波段恒星测光巡天观测和数据处理 ， 以及天文软件研发工作 。
主编：石硕
轮值主编：崔辰州
科学审核：范舟、李广伟
责编：万昊宜、袁凤芳
编辑：赵宇豪、柒　柒
_原题_：天文学家眼中的星之“尽收眼底”
来源：中国科学院国家天文台

【天文|天文学家是怎么看星星的？】编辑：小林绿子


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