如果不能把星星摘下來,那麼如何提取星星的「DNA」來獲取數據呢

宇宙是廣袤空間和其中存在的各種天體以及瀰漫物質的總稱。最新的研究認為宇宙的直徑為1560億光年，甚至更大。在這龐大的宇宙中，有多少顆星星呢？

不要談其他的，就以恆星來說，美國天文學家卡爾·薩根在他的著作《千億的千億》中提出的一個猜測，認為宇宙中有1000億個星系，每個星系有1000億個恆星。而據此天文學家又進一步推測各星系恆星數量約為1000億的一萬億倍。美國天文學家彼得·范·多昆和天體物理學家查理·康羅伊對來自星系的光強度分析後認為大約有3X10的23次方，那你可以想像一下整個宇宙存在多少顆星辰。

如此之多的星星，科學家又是通過什麼樣的方式來給觀測到的星星進行分類，了解每顆星星的特質呢。這個時候，科學家就要通過提取星星的DNA，來破解每顆星星的信息資料庫。那麼星星的DNA是什麼呢？那就是恆星光譜。

恆星光譜的提出

什麼是光譜呢？是複色光經過色散系統（如稜鏡、光柵）分光後，被色散開的單色光按波長（或頻率）大小而依次排列的圖案。光波是由原子運動過程中的電子產生的電磁輻射。各種物質的原子內部電子的運動情況不同，所以它們發射的光波也不同。

在恆星的光譜中，根據其波長由長至短的排列，恆星的電磁輻射可分為射電、紅外、可見光、紫外、X射線以及γ射線等波段，而這些波段中，可見光卻又可以再分為七色光。

不同的原子所擁有的能級，電離能以及結構不同，因而每種不同的原子均有不同特徵的光譜線。

在天文學中，星辰分類是將星辰依照光球溫度分門別類，而根據維恩定律可以用溫度來測量物體表面的溫度，但對距離遙遠的恆星是非常困難的。所以恆星光譜學提供了解決的方法，因為每顆星星的譜線數目、分布、強度等情況均不一樣，這些特徵包含著每顆星星星的物理性質和化學資訊。

所以我們才會說，恆星光譜就是星星的DNA，有了光譜，科學家就可以通過分析它的成分，追溯恆星的來源，了解它的所有基因數據。

所以對光譜進行分類又可定義為通過恆星光譜特徵的比較，對恆星物理特性進行直接估計。如果一顆星的光譜能排到光譜型序列中去﹐它的一般物理特性就能立即推知而不必對其光譜作詳細測量。

光譜分類法的提出非常早。19世紀，隨著望遠鏡等天文觀測設備的不斷發展，許多的天文臺相繼成立，新的攝影技術在天文學中被廣泛應用。1817年普魯士的夫朗和費（Joseph Fraunhofer）就用自己發明的分光計發現了太陽光譜中的暗線。但是拍攝照片要求光源有很高的強度，此時只能用於研究化學實驗室中的元素以及部分亮星。成功記錄下月球照片的美國教授約翰德雷珀在1842年就拍下了太陽的光譜。

在這個時候，安吉洛·西奇神父為了分辨觀察到的恆星光譜，便創造了早期的光譜分類法。在1868年，他已經將光譜分為四類：

第一類：白色和藍色的恆星，光譜有厚重的氫線和金屬線。

第二類：黃色星 － 氫的強度減弱，但是金屬線更為明顯。

第三類：有寬闊譜線的橘色星。第四類：有明顯碳帶的紅色星和碳星。

在1878年，他增加了第五類：

第五類：發射譜線的恆星

安吉洛·西奇神父

不過受限於技術的原因，當時顯影幹板還不夠敏感，對於那些遙遠的天體無能為力。終於約翰德雷珀的兒子亨利德雷珀在1872年用化銀明膠幹板法拍攝下來了織女星的光譜。隨著越來越多的恆星光譜的收集，科學家們開始拼湊出一張有關不同門類恆星的一般結構和溫度統計的宏觀布局圖。

在義大利天文學家皮埃特羅安傑洛塞奇的研究成果的基礎上，德雷珀發明了一種可以將恆星光譜分成16個種類的系統統計方法，1882年，亨利·德雷伯英年早逝，他的遺孀在哈佛大學天文臺成立了專門基金以繼續完成其未完成的研究事業。

當時哈佛大學天文臺的臺長愛德華查爾斯皮克林開始藉助分光鏡對整個太空進行大掃查。皮克林還僱用了很多助手來幫助進行這項研究工程，在這些助手中，多數都是女性。雖然報酬不是很高，但是她們卻要分析數以千計的恆星和恆星光譜的攝影圖像，還要通過複雜的數學計算來確定每一顆恆星的準確位置和結構。

在皮克林臺長去世之後，一位名叫安妮詹普坎農的女助手繼續留下來檢查這些含有恆星光譜的照相板。她的工作是先分析光譜圖，然後把這顆恆星的分類告訴另一位 專門負責記錄的助手。她的工作速度快得出人意料，而且還很少出錯——她可以在1分 鍾之內完成3顆恆星的分類工作。

安妮·坎農整理的早期分類法

在1915-1924年間，坎農一直負責著「亨利德雷珀星表」的項目。她對總數大約為225300顆恆星的光譜進行了彙編和分類。她的分類法令人感到振奮和鼓舞。這種分類法至今仍然被天文學學生所使用。它來自於讓人過目不忘的「0h，BeAFineGirl/Guy,KiSSMe!」（哦，親愛的姑娘/小夥，親我一下吧！）的首字母縮寫。

從1894年哈佛大學天文臺開始對恆星光譜作有系統的分類，在安妮·坎農的主持下，整個工作整整持續了40年時間，截止1934年共分析了數十萬顆恆星的光譜，共編纂成10冊的亨利·德雷伯星表及其擴充星表，在此基礎之上發展出來了現在廣泛使用的摩根-肯那光譜分類法。

此分類法原本將恆星的光譜分為O、B、A、F、G、K、M、R、S、N等10類型 ，各型之間光譜特徵是連續過渡的。每個光譜型又分為10個次型，用數字0～9表示，如B0，B1，…B9。實際上是恆星表面溫度逐漸降低的序列。O型星溫度最高，約40000K；M型星最低，約3000K。R型與K型相當；N和S型與M型相當。但目前最熱的星為O5，最暗的星為M5，即O型只有五小類，M型只有六小類，總計為91小類。

後來美國天文學家W.W.摩根和P.C.基南等又在光譜基礎上又增加了光度。光度型分為7級：I——超巨星，Ⅱ——亮巨星，Ⅲ——巨星， Ⅳ——亞巨星，Ⅴ—— 主序星（矮星），Ⅵ——亞矮星，Ⅶ——白矮星。按照摩根-肯那光譜分類法，太陽為G2V型星，表明太陽的光譜型是G2，且是一顆主序星（矮星）。

恆星光譜的運用

我們剛剛也說了，因為每顆星星因為其物理性質與化學特性的不同，所以其光譜都會存在區別。

所以恆星光譜也是每顆星星的獨屬DNA，裡面藏著豐富的信息數據。科學家通過光譜分析就能得出星星的質量、燃燒速度，再用星星質量除以燃燒速度，就能得到星星的壽命，利用光譜分析，還可以知道遙遠星星的諸多信息。只要擁有足夠靈敏的觀測設備，就能從天體中獲得無窮無盡的數據財富。

科學家對宜居行星的探索也是通過光譜來確定的，根據這個道理，2017年NASA科學家就發表了一項論文，他們公布了相距40光年之遙的TRAPPIST-1七顆超級地球的諸多信息。比如發現液態水的存在證據。

科學家總體來說會通過研究光譜來進行以下研究。第一是證認譜線和確定元素的豐度，豐度 （即為該元素在自然體中的豐度abundance of elements）是指一種化學元素在某個自然體中的重量佔這個自然體總重量的相對份額（如百分數）。

第二是測量都卜勒效應引起的譜線位移和變寬(見譜線的形成和致寬)，由此來研究天體的運動狀態和譜線生成區。

第三是測量恆星光譜中能量隨波長的變化，包括連續譜能量分布、譜線輪廓和等值寬度等。這些特性同恆星大氣中的溫度、壓力、運動、電磁過程以及輻射轉移過程有關，這是恆星大氣理論的主要觀測依據。

比如科學家研究系外行星大氣層運用最廣泛的方法是光譜透射技術，即在系外行星經過母星時（類似於凌日），觀察母星的光傳播經過行星大氣層時的光譜。由此科學家在2015年人類發現的首個系外行星飛馬座51b成為第一個在可見光波段探測的系外行星。

我國自主研發的郭守敬望遠鏡（LAMOST），是現在世界上光譜獲取率最高的地理望遠鏡，巡天七年，獲取了1125萬條光譜，這些星光裡的「彩虹」為地理學家探求銀河系構成與演化及星系物理等前沿科學的種種奧妙供給了最有力的數據支撐。

這兩天，中國科學家還通過郭守敬望遠鏡發現了迄今為止質量最大的恆星黑洞，中國科研團隊利用郭守敬望遠鏡發現一顆質量是太陽八倍的藍色恆星，它的光譜攜帶了非常豐富的信息，除了可以獲取它的有效溫度、表面重力、金屬豐度等重要信息外，它還圍繞「一個看不見」的天體做著周期性運動。

根據光譜信息，研究人員計算出藍色恆星的金屬豐度約為1.2倍太陽豐度，質量約為8倍太陽質量，年齡約為35百萬年，距離我們1.4萬光年。根據藍色恆星和Hα發射線的速度振幅之比，研究人員計算出該雙星系統中存在一個質量約為70倍太陽質量的不可見天體，它只能是黑洞。

由此中國科學家發現了一顆迄今為止質量最大的恆星級黑洞，並提供了一種利用LAMOST巡天優勢尋找黑洞的新方法。這顆70倍太陽質量的黑洞遠超理論預言的質量上限，顛覆了人們對恆星級黑洞形成的認知，有望推動恆星演化和黑洞形成理論的革新。

可以說，恆星光譜作為星星的DNA，對於人類探索宇宙，了解宇宙起源可以說發揮了重要的作用。