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[探索] 光——宇宙中的最重要物质,在天文学上有多重要的作用?

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卓尼横梁 发表于 2019-8-13 14:21:10 | 只看该作者 打印 上一主题 下一主题
 
根据《圣经》的描述,造物主在创造这个世界的时候,最先创造的就是光。

光,是宇宙中最奇特的一种东西。根据爱因斯坦的相对论,宇宙中没有任何物体可以超过光速,因此光速成为了束缚这个宇宙的最高级法则之一。而对于我们生物来说,通过光来产生视觉效果,也是认知这个世界的最有效方法。
光——宇宙中的最重要物质,在天文学上有多重要的作用? 第1张图片

可以说,如果没有光,很难想象这个宇宙是什么样的。看起来,从几千年前到现在,人类始终都有着一个共识:光在宇宙中几乎是最重要的。

在天文学中,光则成为了最重要的研究工具,帮助我们进行各种宇宙观测。那么,我们都通过光来进行哪些宇宙观测呢?

1858年秋到1859年夏,德国化学家本生在把不同的元素放到他特制的本生灯上进行燃烧时,意外发现了不同元素的燃烧产生不同颜色的火焰。后来通过基尔霍夫的提示和帮助,他们利用分光镜对火焰的光谱进行分析,确定了不同元素的燃烧会产生不同的光谱,这就是著名的光谱分析法。

到了今天,光谱分析被应用在天文学领域上,起到了重要的作用。这种方法非常灵敏,某种元素在物质中的含量即使仅有10^-10克,也可以被清晰地分辨出来。通过这个方法,我们可以判断一个天体含有哪些元素。即使是远在几十上百光年以外的恒星,只要通过对它光谱的分析,科学家就可以判断它内部含有那些元素,金属丰度等等。

另一方面,恒星的亮度还可以帮助我们寻找系外行星。

系外行星非常小,本身又不发光,因此观测起来是非常困难的,甚至可以说,我们无法直接观测到它们。不过,系外行星在挡在地球和它的宿主恒星之间时,会导致其宿主恒星的光度有微弱的变化。就好像晚上的路灯照在地上的影子,有的时候会有小黑影出现,我们就知道有虫子飞过。

虽然系外行星遮挡其宿主恒星没有这么明显,但是人类的设备已经足以检测出来。通过这个方法,人类已经发现了数千颗系外行星。
光——宇宙中的最重要物质,在天文学上有多重要的作用? 第2张图片

同时,我们利用光的波长,可以知道河外星系与我们的距离。

我们经常能够看到科学家介绍某个河外星系的时候,说它们距离我们有多远多远,动辄几百万光年,甚至几十几百亿光年,这都是怎么计算的呢?

其实,这利用的就是光的多普勒效应。所谓的多普勒效应,就是波在远离接收者的时候,波长会显得更长。最常见的就是我们听车辆的声音,靠近我们时,车的音调会变高,声音变尖,远离我们的时候就会音调变低。

而应用到光上,那就体现在光的颜色上,当一个天体远离我们,它的光波长也会显得更长,颜色上就会偏红色,这就是红移现象。而通过计算红移的数值,科学家就可以判断这个天体的距离。因此,对于河外星系或者黑洞之类天体的距离,科学家就通过这个方式来判断。
光——宇宙中的最重要物质,在天文学上有多重要的作用? 第3张图片

实际上,光在宇宙中扮演的角色比我们介绍的要多得多,甚至很可能比我们了解的也要重要得多。包括判断一颗恒星的演化阶段、了解恒星的温度、质量等等方面,以及暂时还未知的方面,光都是我们最有力的工具。

我们不知道《圣经》的作者当初只是偶然把光写成造物主第一个创造的东西,还是他本人也认为光是那么的重要。总之,人类对光的研究不会停止,这些研究也将帮助我们更好地了解这个宇宙。


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