民众大舞台——风俗世情

4. 神秘的“暗线”

　　牛顿对太阳光谱的研究具有划时代的意义， 开辟了一个新的研究领域。一般来说， 研究太阳的光谱是一门最基本的综合的学科， 因而这种研究受到人们的重视。

　　1802 年， 英国科学家沃拉斯顿在观察太阳光谱时， 看到光带中各颜色之间并不是连续的， 这中间插入了一些暗线。这些暗线有什么意义呢？ 沃拉斯顿并未深究。这样， 他与一次重大的发现失之交臂。

　　1814 年， 法国物理学家夫朗和斐也注意到这些暗线。夫朗和斐在磨制镜片方面有高超的技艺， 为了重复牛顿的色散实验， 他制作了一具性能很好的棱镜。为了使光谱看得更加清晰， 他使用了一块凸透镜。

　　夫朗和斐先用油灯、酒精灯和烛光作光源， 观察它的光谱时， 他总可以看到两条黄色的亮线。我们现在知道， 这两条黄线的波长各为5896 埃和5890 埃(1 埃= 10 米) 。而后， 他又观察太阳光谱， 本来想找到这两条黄线， 可是他只发现了很多的暗线， 数一数， 竟有700 多条。夫朗和斐用ABCDE为它们编了号。这些暗线被人们称做“夫朗和斐暗线”。

　　夫朗和斐又观察了一些行星的光谱， 发现其中的一些暗线和太阳光谱中的暗线位置是相同的。他又观察了电弧光谱和火焰光谱， 发现它们是由不连续的亮线构成。这同太阳光谱是截然不同的。

　　夫朗和斐把火焰光谱的亮线同太阳光谱的暗线进行了仔细的比较。他发现火焰光谱中的那条黄色亮线同太阳光谱的编号为D 的两条暗线( 分别称为D1 D2) 位置相同。太阳光谱为什么没有这两条谱线呢？ 这使夫朗和斐百思不得其解。但是， 这却引起了科学家的浓厚兴趣。

　　1825 年， 光谱研究有了突破。一些物理学家注意到化学实验中的焰色反应， 例如， 钠盐会把火焰染成黄色， 钾盐会把火焰染成紫色， 铜盐可把火焰染成翠绿色， 钡盐可把火焰染成草绿色， 锂盐和锶盐可把火焰染成鲜红色等等。那么， 通过光谱仪上会看到什么呢？

　　人们发现， 钠盐发射两条黄线， 钾盐发射一条红线， 特别是锶盐和锂盐的焰色都很红， 几乎不能分辨， 可是谱线却很不同。锂盐是一条明亮的红线和一条较暗的橙色线， 而锶盐对应的是一条明亮的蓝线和几条红色、橙色和黄色的线。因此， 光谱分析是弄清物质成份的重要工具。现代的光谱分析是极其灵敏的， 它可以把物质中只有一亿分之一克的杂质含量分析出来。光谱分析的速度也很快， 化学分析法需要几天才能完成的工作， 光谱分析则需几十分钟就够了。

　　人们对亮线的认识的确提高了一大步， 但是， 那些暗线是怎么回事呢？ 特别是火焰光谱与太阳光谱比较时， 为什么两条黄线与两条暗线位置会重合呢？ 这是否说明太阳上缺少钠元素呢？

　　这此问题引起两位德国科学家的兴趣。这就是化学家本生和物理学家基尔霍夫。

　　对于焰色反应， 本生是比较熟悉的， 但其中的奥秘尚未可知。基尔霍夫对牛顿和夫朗和斐的实验很清楚。基尔霍夫工作的实验室中还有夫朗和斐的三棱镜， 利用这块棱镜， 基尔霍夫研制出最早的一台分光仪。

　　1859 年， 基尔霍夫重复了夫朗和斐的实验， 重复时他又对实验做了稍许改进， 以“补充”太阳光谱中的暗线。他的实验是这样做的： 基尔霍夫让阳光穿过本生灯( 这是本生的发明) 的火焰， 同时用白金丝蘸上食盐水点滴在火上。他想， 这样做可使太阳光谱中的D 双线消失， 代之而出现的就可能是亮线了。然而， 结果正相反， 暗线更显著了。当基尔霍夫挡住阳光时， 两条纳黄线却出现了， 而且是准确地落在了对应的暗线位置上。

　　经过冥思苦想之后， 基尔霍夫认为， 可能是炽热的钠蒸气既能发射D 线， 又能吸收D 线。

　　基尔霍夫又设计了新的实验进行验证。他把白石灰放在氢氧焰上煅烧， 其光谱是连续而没有D 双线的。接着， 他在石灰光与分光谱之间放上本生灯， 本生灯上烧起纳焰。结果是令人兴奋的。在石灰光的连续光谱上出现了两条暗线， 恰好处在D 双线位置上。基尔霍夫又在本生灯焰上加上别的盐来实验， 结果又出现了许多别的暗线。

　　基尔霍夫的实验证明， 太阳中有钠元素。太阳光谱中的夫朗和斐暗线对应着太阳中各种元素成分。

　　有意思的是， 法国的实证主义者孔德曾对天体物质构成发表过一些议论。他断言， 人类是不可能知道天体的物质组成。基尔霍夫的实验则否定了孔德的观点， 并且为科学工作者提供了一个物质结构和成份分析的锐利武器。