来源：科技日报 　　

　　近日，俄罗斯航天集团在拜科努尔发射场用质子-M运载火箭将俄罗斯和德国制造的Spectrum -RG太空望远镜发射至预定轨道。“光谱-RG”是一架X射线望远镜。计划在未来7年内扫描宇宙，发现活动星系核内部的大量星系团和超大质量黑洞。在众多望远镜中，以“光谱”二字命名的并不多，那么什么是光谱呢？为什么要观测天体光谱？ 　　

　　不同光子按波长排列的游戏 　　

　　从地球上的烟花到太空中的星星，许多物体都可以发光。这些物体不仅发出可见光，还经常发出看不见的“光”，如伽马射线、X射线、紫外线、红外线和无线电波——也就是天文学中的无线电波。各种光都是电磁波的一种。 　　

　　光兼具粒子和波的特性，都是由光子组成的。同一个物体可以发出各种波长的光子，不同能量和数量的光子有不同的亮度。如果我们用仪器把一束光按照波长分解，就可以得到光在每个波长上的亮度，这就是光谱。据此，画出的图就是声谱图。把物体发出的光分解成光谱的仪器叫分光计，也叫分光计。 　　

　　自然界中的水蒸气和简单的玻璃棱镜分别是天然的和原始的光谱仪。它们能把白色的阳光分解成七种颜色，这是阳光中可见光的光谱。专业的光谱仪使用制作精细的三棱镜或光栅，可以将每种颜色分解成更精细的波长范围，测量每个波长范围内的光的亮度，从而得到准确的光谱。由此，人们可以得到很多重要的细节。 　　

　　了解天体化学组成的探针 　　

　　天文学家研究光谱的第一个作用是确定天体的化学成分。以太阳为例。天文学家早就发现太阳光谱是连续的，但其中嵌入了数百条黑线。深入研究揭示了这些黑线的物理本质：太阳大气层以下的各种元素发出各种波长的光。当这些光穿过太阳大气时，一些波长的光被太阳大气中与它们相同的一些元素吸收，因此比其他波段的光暗很多，从而形成吸收线，即暗线。 　　

　　每个元素发出的光都有相应的波长，就像人的指纹一样。如果发现太阳光谱中黑线对应的波长等于地球实验室测得的氢发出的光的某些波长，就可以判断太阳中存在氢。根据这一原理，天文学家鉴定了太阳大气中的数百种元素及其含量。上述原理不仅可用于测定太阳中的元素和含量，还可应用于其他恒星、星系、行星、天然卫星、分子云以及各种天体爆炸事件。只要能得到这些天体或天体系统的光谱，就可以根据它们吸收线的波长来判断它们含有哪些元素以及每种元素的含量，这些吸收线类似于太阳光谱中的黑线。天体的光谱就像天体的指纹。 　　

　　谱线红移揭示宇宙奥秘 　　

　　通过分析天体的光谱，不仅可以得到天体的化学成分信息，还可以判断天体的移动速度。光波和声波一样，遵循“多普勒效应”:当波源靠近观测者时，波被压短，即“蓝移”；当源远离观测者时，波被拉伸，即“红移”。根据压缩和伸长的程度，可以定量计算出波源靠近或远离的速度。 　　

　　根据这一原理，天文学家将测得的光谱与实验室中元素的光谱进行比较，得到它们的红移或蓝移值，进而计算出恒星和星系相对于地球的运动速度。尤其重要的是，天文学家发现大多数星系都远离地球。结合这些星系的距离，天文学家得出结论：星系的退行速度与距离成正比，这意味着宇宙正在膨胀。回溯一下，宇宙起源于一个微小的点。它在100多亿年前有过一次大爆炸，然后开始膨胀。这些令人震惊的结论都是基于光谱分析。 　　

　　此外，如果恒星周围有行星，行星的引力会使恒星做椭圆运动，地球上的观测者可能会探测到恒星运动引起的光谱红移和蓝移交替出现，从而判断恒星周围有行星存在。利用这种方法，天文学家发现了数百颗系外行星，即系外行星。 　　

　　人造卫星发射上天之前，天文学家只能探测到天体发出的可见光、近红外辐射和部分无线电波的光谱，无法精确测量。但是，星系团和星系中的大量热气体，以及一些高能爆炸天体的现象，会发出大量的X射线和射线辐射。一些低温天体发出的光主要是红外线，传统望远镜和射电望远镜无法观测到，因此相应波段的光谱无法分解。 　　

　　卫星发射到太空后，天文学家在卫星上放置了X射线和伽马射线探测器，甚至直接向太空发射了紫外望远镜和红外望远镜。最终，他们能够精确测量天体发出的中/远红外线、紫外线、X射线和伽马射线，并获得它们的光谱，从而实现了“全波段天文学”的宏伟目标。Spectrum -RG就是其中之一。