阳光的奥秘

阳光的奥秘

尽管太阳是距离我们最近的一颗恒星，但是由于太阳的高温状态，人类不可能像探测月亮一样到太阳表面去进行实地考察，要想深入地了解太阳，主要依靠太阳发出的光。

对阳光的研究，最早可以追溯到17世纪。1672年，在英国剑桥大学的一间学生宿舍里，后来成为大物理学家的牛顿（1642～1727）做了一个非常有意义的实验。他让一束太阳光从窗洞射进来，并穿过一块三棱镜，这时奇迹发生了：原来的一束白光扩展成一条美丽的彩色光带，就像雨后彩虹一样，呈现出红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等种颜色。这个实验说明，白色的太阳光实际上是由上述几种不同颜色的光混合而成的。这条美丽的彩色光带就叫做太阳的光谱。

光究竟是什么呢？牛顿认为，光是一种微粒，一束光就是一连串小粒子，像连珠炮似地从光源射出。而与牛顿同时代的荷兰物理学家惠更斯（1629～1695）却认为，光是一种波动，就像水面上荡漾着的波浪，一起一伏地向前传播。经过一代又一代科学家的不断研究和探索，到20世纪初期，人们逐渐认识到光同时具有波动和微粒两种性质。就传播的方式来说，光是一种电磁波；但它所输送的能量却凝聚成一颗颗光子。

我们平时所看见的太阳光，是人的眼睛所能感觉的光波，即可见光。事实上，除了可见光之外，太阳还发射许多种看不见的光线，如红外线、无线电波、紫外线、X射线、γ射线等等，这些都是电磁波。各种电磁波的传播速度是一样的，都等于光速c，在真空或空气中约为30万千米/秒；它们之间的不同之处在于它们的波长和频率。在速度c、波长λ和频率γ这3个物理量之间存在一个关系式：c＝γλ。太阳可见光通过三棱镜之后能够分解成多种颜色的光，就是因为不同颜色的光具有不同的波长，不同波长的光在三棱镜里的折射情况不同，因此它们在穿过棱镜之后就分道扬镳，各走各的路了。

不同的电磁辐射，是由不同的物质或者是不同的物质状态发出来的，并且各种物质又会对辐射产生反射、折射、吸收、散射、偏振化等多种作用。辐射和物质有着不可分割的密切联系。天文学家通过研究太阳辐射的性质以及物质对辐射的影响，就可以得知太阳的物理状态和化学成分了。因此，我们说太阳发出的辐射是向我们传递太阳信息的忠实使者，而太阳光谱就是太阳辐射的真实记录。

自从牛顿发现了太阳光谱之后，科学家们又继续对它进行了不断地深入研究。从19世纪末期以来，还制造了很多太阳光谱仪，专门用来拍摄太阳的光谱。人类进入空间时代近几十年以来，人们又从太空中拍到了太阳的X射线和远紫外线的光谱。

太阳光谱里的学问可多着呢。原来，它并不仅仅是一条简单的连续光谱（即彩色光谱），在连续光谱的上面还有许许多多粗细不等、分布不均的暗黑线，共有2万多条。这些暗黑线叫做吸收线，它是1814年由德国化学家夫琅和费（1787～1826）首先发现的，因此也叫夫琅和费谱线。另外，在连续光谱上还有成千上万条明亮的谱线，叫做发射谱线。

天文学家们刚刚看到如此错综复杂的太阳光谱时，就好像是面对一部神秘难解的天书，暗的吸收谱线和亮的发射谱线各说明了什么问题呢？1870年，德国物理学家基尔霍夫（1824～1887）发现了关于光谱的3条定律：①炽热的物体发出连续光谱；②低压稀薄炽热气体发出某些单独的明亮谱线；③较冷的气体在连续光源前面产生吸收谱线。

有了基尔霍夫的三条定律，天文学家通过对太阳光谱的分析和研究，对太阳大气的结构、物理状态、化学成分以及太阳活动的性质等等，都有了越来越深入的认识。