我们是如何发现宇宙中不同的原子元素及其同位素的丰富程度的呢?

时间:2021-04-05 08:57:20   作者:
如果你有大量的氢气并且让白光穿过它,这些气体会吸收少量非常特殊的颜色。你可以通过摄谱仪来观察光线——这是一种本质上分离光的颜色的设备,所以你可以在屏幕上看到彩虹——你可以看到光谱中的黑线。这些线非常独特,氢总是产生相同的线。激发氢气,使其发光,就会得到包含相同线条的光谱,但它们是亮的,而不是暗的。

有些线条不是在可见光下;有些是红外线,有些是无线电波。你必须使用特殊的摄谱仪或射电望远镜才能看到它们。

如果你用氦气、铁气或二氧化碳(等等)再做一次,你会得到相同但不同的谱线。氦气有一组线,铁有另一组线,氧有第三组线,以此类推。已知的各种元素和化合物光谱有一个庞大的目录。

如果你有一种混合气体,比如氦和氢的混合,那么当你观察光谱时,你会看到混合气体的独特线条。你会看到氦线和氢线(顺便说一下,氦就是这样被发现的。在日食期间,两位天文学家分别记录了日冕的光谱,然后通过光谱来识别哪些线属于哪些气体。还有一些管线被遗留下来,他们独立地认为是一种未知的新气体造成的)。

这些线条的明暗程度是由特定气体的含量决定的。

这让你可以通过观察宇宙中某物发出的光谱来确定它的化学成分。

你也可以使用特殊的滤色器来寻找来自单个元素或化合物的光。相机可以拍摄到非常详细的灰度图像,可以让你看到这些元素的分布。例如,如果你用三个过滤器在“创造之柱”中寻找硫(左上),氮和氢(右上)和氧(左下),你会得到这样的结果:

我们是如何发现宇宙中不同的原子元素及其同位素的丰富程度的呢?

右下角的图像是使用其他三个作为RGB组件制作的。实际星云的肉眼看起来并不是这样的。

你可以用同样的方法确定系外行星大气的化学组成:观察当系外行星从其恒星前面经过时光谱是如何变化的。如果甲烷特征的黑线出现,那么大气中就有甲烷,等等。

这包括元素和分子,但同位素呢?

我不确定这些是如何检测和测量的。也许其他人可以回答这个问题。
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