电磁辐射谱
　　
　　上期讲了宇宙探测简史和望远镜的原理，这里还要温习一下电磁辐射光谱的概念。
　　生活在17世纪的惠更斯提出光的波动说，认为光像水波一样传播，两个波峰之间的距离叫波长，单位时间内的波动次数叫频率。不同波长（频率）的光颜色不同，各种不同波长（频率）的光构成光谱。
　　1800年，赫歇尔在测量太阳光谱不同区域的温度时，发现在光的红端（波长较长的一端）以外没有阳光照射的地方，其温度比阳光照射的地方还高，他因此断定那里有“看不见的光线”，现在叫作“红外线”。
　　1801年，德国物理学家约翰·里特尔又发现“紫外线”（它使氯化银变黑）。
　　1870年，英国物理学家麦克斯韦尔创建电磁理论，证明电和磁是电磁场的不同表现形式，电磁场的周期性变化会产生电磁辐射。根据他的理论，电磁辐射除可见光、红外线和紫外线以外，还有比红外线波长更长和比紫外线波长更短的任意波长的看不见的光线。到20世纪初，科学家在实验室相继发现比红外线波长更长的无线电波，比紫外线波长更短的X射线和g射线。后来又陆续探测到天体发射的各种电磁辐射。
　　将各种电磁辐射按波长依次排列起来，我们就得到了一幅完整的电磁辐射谱。
　　波长最短的是g射线，其波长小于0.01纳米（10亿分之一米），每个g射线光子的能量是可见光光子的100万倍，是能量最大的电磁辐射。中子星（脉冲星）、类星体、遥远星系大爆炸和物质、反物质湮灭等会产生g射线；
　　X射线，波长在0.01~10纳米之间。恒星、星系、类星体和黑洞附近的温度100万~1亿°C的热气体会发射X射线；
　　紫外线，波长在10~390纳米之间。炽热的恒星发射紫外线，正是紫外线将它们的大部分能量辐射出来；
　　可见光，波长在390~700纳米之间，是肉眼唯一能看到的电磁辐射，绝大多数恒星都发射可见光，叫光辐射；
　　红外线，波长在700纳米～1毫米之间，温度在1000°C以下、绝对零度以上的物体都发射红外线，又叫热辐射；
　　射电波（即无线电波），又叫射频电波，波长在1毫米～1000米之间，许多恒星（包括脉冲星）、活动星系、超新星遗迹，以及宇宙大爆炸本身都发射射电波。
　　光谱其实没有终端，波长越来越短、能量越来越高的g射线，只是越来越少，而不会嘎然而止；波长越来越长的射电波也一样。
　　宇宙中的电磁辐射，有如一首乐曲，每种辐射代表一个乐符、一个节拍，只有欣赏到每个节拍，才能完整地领会到宇宙的和谐和美妙。
　　光谱、物质成分和温度
　　不同物质辐射不同波长的电磁光谱，不同波长的电磁光谱反映物质的不同温度。因而分析天体的电磁光谱，可以知道天体的物质成分和温度。
　　这里我们先以可见光为例来说明不同波长对应不同的物质元素。
　　我们知道，可见光是不同波长的混合光，波长从390纳米到700纳米，每一种波长对应一种颜色，波长最短的是紫色，最长的是红色，两者之间以紫、青、蓝、绿、黄、橙、红的次序过渡。因而，可见光也是不同颜色的混合光。
　　通过棱镜或衍射光栅，可把可见光分解成从紫到红连续排列的光谱。
　　研究发现，不同元素可在1~3个波长上发出可见光。举例如下：
　　铁：373、375和382纳米；
　　镁：383、384和518纳米；
　　硅：390纳米；
　　钙：393和397纳米；
　　铝：394纳米；
　　氢：434、486和656纳米；
　　氦：467和588纳米；
　　氧：510和630纳米；
　　钠：589和590纳米；
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　　在实验室里我们可获得这些标准光谱。然后将望远镜收集到的恒星或星际气体的光谱与其对照，就可知道它们是由哪些元素组成的，如一颗恒星在434、486、656和467、588纳米的波长上发光，则这颗恒星由氢和氦组成；一种星际气体在589、590纳米波长上发光，则它是钠气云。
　　以上是通过发射光谱分析天体成分。也可通过吸收光谱分析天体成分。如望远镜收集到的某恒星光谱，在434、486、589、590、656纳米波长上为暗线，这是因为该恒星发出的可见光在穿过它的大气层时，被氢和钠吸收了，表示它的大气中有氢和钠的成分。
　　理论和实验使我们知道，电磁辐射的频率越高，则它所携带的能量越大；天体的温度越高，能量越大，其电磁辐射的频率越高。温度在绝对零度（0K）以上的物体都有电磁辐射，稍高于0K的物体辐射射电波，宇宙背景的温度为2.7K，所以辐射微波；温度再高一些的物体辐射红外线，如人体温度为309K左右，所以辐射红外线，辐射红外线的高峰温度在1000K左右；温度9000K左右的物体辐射可见光，大多数恒星的表面温度为几千K，所以发射可见光；温度在2万K左右的物体辐射紫外线；温度在几百万K到1亿K的物体辐射X射线；温度几十亿K以上的物体辐射g射线。
　　望远镜收集到天体的电磁波后，它的摄谱仪将其按波长分解，以显示其辐射强度，而它的电子计算机则分析天体的温度和组成成分。
　　往下将展开各种望远镜绚丽的探测画卷。