分光與速度

當(dāng)知道一顆星的距離后，它在天空的運(yùn)行便告訴我們它是朝某一方向沿我們看到它的那條線的直角（即橫過視線）快速移動(dòng)，卻無(wú)法得知它的速度到底是多少。我們不能看到某天體直接朝我們而來(lái)的運(yùn)動(dòng)；而且一顆每秒以100萬(wàn)英里朝視線方向飛馳的星看起來(lái)就像在空中靜止不動(dòng)似的。為了估算星星沿視線運(yùn)動(dòng)的速度，天文學(xué)家求助于分光鏡。

所有的光都有各自的顏色。正如牛頓用他著名的棱鏡分析出彩虹中陽(yáng)光的全部色彩一樣，分光鏡從一顆星或是其他任何光源分析出各種顏色。這儀器把分析的光分散在顏色逐漸變化的一條光帶（即“光譜”）上。光譜上的顏色與彩虹是相同的，而且按彩虹同樣的順序排列，即從紫到綠到橙到紅。這里有個(gè)物理原因。后面我們將看到光是由系列波（波像池塘中的水被吹動(dòng)時(shí)的漣漪一樣）組成的，不同的波長(zhǎng)產(chǎn)生了不同的顏色，紅光的波最長(zhǎng)，紫光的波最短。光譜上的顏色按其波的長(zhǎng)短為序，從最長(zhǎng)（紅色）排到最短（紫色）。典型的恒星光譜中，某一小段顏色或波長(zhǎng)一般說來(lái)會(huì)消失，其原因我們?cè)诤竺嬗懻?。光譜看上去有許多暗色的豎線或光帶，這就形成了它的特有的模式，而不是顏色逐漸變化的那種。根據(jù)光譜的類型給恒星分類經(jīng)常是很便利的。我們發(fā)現(xiàn)，總的來(lái)說，光譜可以按一單一系列排列，通常按字母B，A，F(xiàn)，G，K排列，M以十進(jìn)制劃分。

當(dāng)用分光鏡分析從恒星上射來(lái)的光時(shí)，發(fā)現(xiàn)光線或光帶的模式會(huì)朝某個(gè)方向整個(gè)移動(dòng)。如果這移動(dòng)是朝向光譜的紅端的，說明這顆星發(fā)出的光是以一種較正常狀態(tài)（紅的狀態(tài)）到達(dá)我們；而紅光的波最長(zhǎng)，這就意味著這條光波比平時(shí)長(zhǎng)，于是我們得知這顆星正離我們遠(yuǎn)去。同樣，如果光譜模式朝紫端移動(dòng)，我們便知道這顆星正在靠近我們。（光譜的移動(dòng)是因天體的運(yùn)動(dòng)引起的，一般稱作“多普勒頻移”。）通過觀察到的光譜位移的量，我們能計(jì)算出恒星沿視線運(yùn)行的實(shí)際速度，而且算法簡(jiǎn)單。如果光譜上的每條線或代表的波長(zhǎng)為1/10 000，比它平時(shí)長(zhǎng)些，說明該星遠(yuǎn)去的速度為光速的1/10 000，即每秒18.6英里。其他位移以此類推。