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追尋彩虹的化學家們是如何使現代天文學家擁有「火眼金睛」？
一個三稜鏡將白光散射成各種不同色光（圖: NOAA）
在伽利略對天文望遠鏡做出革命性貢獻的200年之後，19世紀天文學家們的工作非常單調。
天文學家們仔細的跟蹤了行星的運動軌跡，發現了幾顆未被人發現的行星和月球的自轉，看到了星球的滅亡，大量的星雲……但有一個原始問題始終困惑著他們:是什麼組成了行星恆星以及星雲？
這花費了數個世紀以期找到一個技術來解答這個問題。但令人驚訝的是很少有天文學者真正推動了這一進程，除了一次涉及光譜學發明的天文學家和化學家們。這超出了天文學的研究領域。
彩虹之上
稜鏡是迷人的：在白光照射下會呈現出美麗的彩虹。在很長一段時間裡，人們猜想是稜鏡通過某種未知的方式產生的了這些顏色。
直到艾薩克·牛頓的色散實驗我們才知道這些彩虹色實際上來自白光本身。牛頓構造了新單詞「光譜」來表示一個給定光源的單色光分解：裡面包含多少藍光，多少紅光，多少黃光等等。
但是在過去的幾個世紀裡，光源的獲得極其困難，早期科學家僅有兩種來源：太陽和火。在19世紀中葉，一個叫約瑟夫·馮·夫琅禾費的科學家決定用這兩個光源做一個比較和對比的小實驗。
他使用他能設計的最好的稜鏡（那些沒有瑕疵和雜質的）比較了太陽和火焰的光，發現一些令人驚喜的不同。最值得注意的是，他發現太陽光譜上分散著數百條狹窄的暗帶。因此無論太陽是什麼組成的，它一定和火不同。
夫琅禾費接著去完善了一個極其嚴苛的工藝——衍射光柵。光柵是一個很小的刻著數百條（或者更多）平行狹縫的光屏。光通過這些狹縫後就分裂為它的各種顏色成分，在另一邊產生一個光譜，就像一個稜鏡但是質量更好。
本生燈
幾十年後，兩位名為古斯塔夫基希霍夫與羅伯特本生的化學家，利用將物質滴入火焰中燃燒的方法，開始系統性得檢測各個元素的光譜。
這兩位科學家發現了非常奇妙的地方：每種元素都有自己獨自的光譜，與其他任何元素都不相同。本生與基希霍夫意識到可以使用光譜來辨別他們正在研究的各種元素與分子。
這是天文學家採用新方法並將衍射光柵連接到望遠鏡業務端的時候， 天文學家發現，將望遠鏡對準一個遙遠的物體（太陽，行星，星雲，恆星，或者夜空整體），然後便會「看到」一個光譜。 將光譜中的線條與已知元素產生的線條匹配，瞧：這樣一來，您就可以看到太空中的東西是由什麼物質組成的。
揭示宇宙的奧秘
幾十年來，物理學家們一直未能解開光譜的產生方式和產生原因之謎。但是，這對於聲稱「誰在乎一個事物是如何運行的，只要它能運行」的天文學家們來說就無足輕重了。
可事實證明，元素在亞原子層面的內部構造的量子力學本質，造就了每一條獨特的光譜。在原子和分子內部，能量被量子化了(一份一份，分層級的能量)。例如:一個電子只能有特定的能級，而非任意它所想要的古老能量。同樣的道理適用於一個分子振動或分子內旋轉；這些特性只能對應特定的值。
有時，元素會被激發，並從其他來源吸收能量，從而使元素原子中的電子達到更高的能級。不久之後，電子就會沿著能量階梯向下運動，同時釋放出輻射。由於能級之間的離散差異，釋放出的輻射具有非常特殊的波長——光譜中的亮線。
但是如果你把一個特定元素的雲放在一個明亮的光源前面，那麼一些通過的輻射會撞擊這些原子並被吸收。同樣，由於這些躍遷只會發生在特定的能級上，被吸收的輻射只會有非常特定的波長——暗的，光譜中缺失的線。
光譜學已經成為了現代天文學家的寶貴工具。這就是為什麼我們知道太陽含有氦，木星的雲頂含有氨，遙遠的恆星是由與太陽相同的物質構成的，而星雲含有生命的關鍵成分。
更重要的是，光譜揭示了一個不斷運動的宇宙。遠離我們運動的物體的光譜呈現出微紅色，而朝我們運動的物體的光譜則呈現出藍色，這種現象被稱為紅移和藍移。天文學家已經使用光譜來繪製了星系內恆星的運動和宇宙內星系的運動。這也讓我們認識到了諸如暗物質和宇宙膨脹之類的現象。
這一切都來自一群玩弄彩虹的物理學家。
參考資料
1.Wikipedia百科全書
2.天文學名詞
3.Paul Sutter-曜 月亮可更換 敬屬江上雨，勇敢，夏日黃昏
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