如何把人类的视力提高一亿倍？( 二 )

光谱中这细细的暗线到底是什么呢？其实就是光线通过原子周围电子云的时候，电子云把光“吃掉”的现象。一种形状的电子云只吃掉某个特定颜色的光，把这个颜色吃掉了，就会在光谱中这个颜色原来的地方留下一条黑线。自然界就是这样神奇，太阳光通过太空到达地球的路上会遇到很多原子，并和这些原子外面的电子云打交道。比如，遇到一亿个氢原子，它们的电子云都是跳一样的舞，跳一个花样并吃掉一个颜色，跳另一个花样就吃掉另一个颜色的光。之后，阳光的光谱里就会出现由氢原子电子云跳舞产生的一组四根黑线（巴尔末线系）。氢是如此，氦是如此，氧钠钙铁镁汞也都是如此，像指纹一样各有各的特征。所以，夫琅和费线是光谱上很多原子特征吸收的集合。
按说太阳光谱中的黑线在夫琅和费发现的12年前就被英国化学家瓦拉斯顿（W.H.Wollaston）发现了。但瓦拉斯顿是正经的科学男（院士,贵金属钯和铑的发现者），而科学男就是不如技术男疯魔，所以黑线并没有以瓦拉斯顿命名，只是被后代的历史学家提起。相反，夫琅和费却是真的走火入魔，为把光谱分开得更宽，他甚至专门发明了一个叫“分光计”的仪器（图3）。

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图3分光计夫琅和费（前景中间站立者）向科学家们展示他新发明的分光计。
夫琅和费线的科学意义
夫琅和费线这一美丽的现象，在多个科学领域都做出了不朽的贡献。在这里举两个简单的例子：
一是了解远处恒星的化学组成。宇宙很大，恒星太远而且温度很高，人类不可能上去采样分析。据此，那时（18世纪）有人断定人类永远不可能知道某些恒星的化学组成。
然而这些科学家刚说嘴，就打嘴。夫琅和费线发现的45年后基尔霍夫（Kirchhoff）和本生（Bunsen）发现燃烧金属会产生明亮的彩色光（脑补一下焰火），而这些彩色光在光谱上是明亮的线，与夫琅和费线（黑线）的位置完全吻合。因此基尔霍夫说燃烧的原子发射亮线，冷的原子吸收光产生黑线。夫琅和费线其实是原子对光的吸收造成的。如果星光光谱中的夫琅和费线与地球上氢、氦、钠离子的吸收线完全吻合，说明那些地方有氢、氦和钠，因此咱们不去实地采样也能知道遥远的恒星上有什么化学元素。
第二个例子是证明宇宙膨胀。宇宙膨胀即星星都在向宇宙的外边飞，离我们远去。然而，我们看到的恒星都是不动的，怎样知道它们都在高速离我们远去呢？自1848年以来，很多天文学家发现遥远星系的夫琅和费线的位置和近处星球的线位置不同（图4）。而且不是一根线不同，所有的线都向红色的方向移动，这现象称作“红移”（Redshift）。