民眾大舞台——風俗世情

4. 神秘的“暗線”

　　牛頓對太陽光譜的研究具有劃時代的意義， 開辟了一個新的研究領域。一般來說， 研究太陽的光譜是一門最基本的綜合的學科， 因而這種研究受到人們的重視。

　　1802 年， 英國科學家沃拉斯頓在觀察太陽光譜時， 看到光帶中各顏色之間並不是連續的， 這中間插入了一些暗線。這些暗線有什麽意義呢？ 沃拉斯頓並未深究。這樣， 他與一次重大的發現失之交臂。

　　1814 年， 法國物理學家夫朗和斐也注意到這些暗線。夫朗和斐在磨製鏡片方麵有高超的技藝， 為了重複牛頓的色散實驗， 他製作了一具性能很好的棱鏡。為了使光譜看得更加清晰， 他使用了一塊凸透鏡。

　　夫朗和斐先用油燈、酒精燈和燭光作光源， 觀察它的光譜時， 他總可以看到兩條黃色的亮線。我們現在知道， 這兩條黃線的波長各為5896 埃和5890 埃(1 埃= 10 米) 。而後， 他又觀察太陽光譜， 本來想找到這兩條黃線， 可是他隻發現了很多的暗線， 數一數， 竟有700 多條。夫朗和斐用ABCDE為它們編了號。這些暗線被人們稱做“夫朗和斐暗線”。

　　夫朗和斐又觀察了一些行星的光譜， 發現其中的一些暗線和太陽光譜中的暗線位置是相同的。他又觀察了電弧光譜和火焰光譜， 發現它們是由不連續的亮線構成。這同太陽光譜是截然不同的。

　　夫朗和斐把火焰光譜的亮線同太陽光譜的暗線進行了仔細的比較。他發現火焰光譜中的那條黃色亮線同太陽光譜的編號為D 的兩條暗線( 分別稱為D1 D2) 位置相同。太陽光譜為什麽沒有這兩條譜線呢？ 這使夫朗和斐百思不得其解。但是， 這卻引起了科學家的濃厚興趣。

　　1825 年， 光譜研究有了突破。一些物理學家注意到化學實驗中的焰色反應， 例如， 鈉鹽會把火焰染成黃色， 鉀鹽會把火焰染成紫色， 銅鹽可把火焰染成翠綠色， 鋇鹽可把火焰染成草綠色， 鋰鹽和鍶鹽可把火焰染成鮮紅色等等。那麽， 通過光譜儀上會看到什麽呢？

　　人們發現， 鈉鹽發射兩條黃線， 鉀鹽發射一條紅線， 特別是鍶鹽和鋰鹽的焰色都很紅， 幾乎不能分辨， 可是譜線卻很不同。鋰鹽是一條明亮的紅線和一條較暗的橙色線， 而鍶鹽對應的是一條明亮的藍線和幾條紅色、橙色和黃色的線。因此， 光譜分析是弄清物質成份的重要工具。現代的光譜分析是極其靈敏的， 它可以把物質中隻有一億分之一克的雜質含量分析出來。光譜分析的速度也很快， 化學分析法需要幾天才能完成的工作， 光譜分析則需幾十分鍾就夠了。

　　人們對亮線的認識的確提高了一大步， 但是， 那些暗線是怎麽回事呢？ 特別是火焰光譜與太陽光譜比較時， 為什麽兩條黃線與兩條暗線位置會重合呢？ 這是否說明太陽上缺少鈉元素呢？

　　這此問題引起兩位德國科學家的興趣。這就是化學家本生和物理學家基爾霍夫。

　　對於焰色反應， 本生是比較熟悉的， 但其中的奧秘尚未可知。基爾霍夫對牛頓和夫朗和斐的實驗很清楚。基爾霍夫工作的實驗室中還有夫朗和斐的三棱鏡， 利用這塊棱鏡， 基爾霍夫研製出最早的一台分光儀。

　　1859 年， 基爾霍夫重複了夫朗和斐的實驗， 重複時他又對實驗做了稍許改進， 以“補充”太陽光譜中的暗線。他的實驗是這樣做的： 基爾霍夫讓陽光穿過本生燈( 這是本生的發明) 的火焰， 同時用白金絲蘸上食鹽水點滴在火上。他想， 這樣做可使太陽光譜中的D 雙線消失， 代之而出現的就可能是亮線了。然而， 結果正相反， 暗線更顯著了。當基爾霍夫擋住陽光時， 兩條納黃線卻出現了， 而且是準確地落在了對應的暗線位置上。

　　經過冥思苦想之後， 基爾霍夫認為， 可能是熾熱的鈉蒸氣既能發射D 線， 又能吸收D 線。

　　基爾霍夫又設計了新的實驗進行驗證。他把白石灰放在氫氧焰上煆燒， 其光譜是連續而沒有D 雙線的。接著， 他在石灰光與分光譜之間放上本生燈， 本生燈上燒起納焰。結果是令人興奮的。在石灰光的連續光譜上出現了兩條暗線， 恰好處在D 雙線位置上。基爾霍夫又在本生燈焰上加上別的鹽來實驗， 結果又出現了許多別的暗線。

　　基爾霍夫的實驗證明， 太陽中有鈉元素。太陽光譜中的夫朗和斐暗線對應著太陽中各種元素成分。

　　有意思的是， 法國的實證主義者孔德曾對天體物質構成發表過一些議論。他斷言， 人類是不可能知道天體的物質組成。基爾霍夫的實驗則否定了孔德的觀點， 並且為科學工作者提供了一個物質結構和成份分析的銳利武器。