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                       让我们接近星星

                           ·方舟子·

    仰望晴朗的夜空，星星不过是一个个亮点，是如此的遥远、神秘。
即使在天文望远镜发明之后，人们也无法用它一窥恒星的真面目。这使得
实证主义哲学的创建者、法国哲学家孔德在1835年为了说明人类的认识有
其局限时，举恒星为例，声称人类只能对恒星做一些简单的视觉观察，永
远无法知道恒星的化学组成及其温度。

    在孔德如此自信地下断言时，他并不知道早在20多年前，一个名叫弗
朗荷费（1787-1826）的德国人已经找到了研究星星的一种新方法。弗朗
荷费11岁成为孤儿，没有上过学，靠自学成为光学仪器专家。1812-1814
年间，弗朗荷费在为天文望远镜制造消色差物镜时，需要精确地测定透镜
的折射率。早在1666年，牛顿发现阳光经三棱镜折射后，被分解成了7种
颜色的光，它们似乎形成了一个连续不间断的光谱。1802年，英国化学家
沃拉斯顿注意到光谱并非连续的，其中有7条黑线，他天真地将它们当做
是颜色的自然边界。1814年，弗朗荷费用更精密的方法进行观察，发现太
阳光谱中的黑线多达500多条，他对其中324条的波长进行了测量，并对最
明显的8条用字母标记。

    一种明显的可能性是，这些黑线是棱镜产生的假像。为了否证这一点，
弗朗荷费用260条密集的金属丝制造了第一个衍射光栅，阳光穿过它之后，
也形成了光谱，而且同样出现了那些黑线。接下来，弗朗荷费做了一件从
来没有人想过要做的事：他把望远镜对准某颗恒星，再让星光穿过棱镜，
形成了恒星光谱，上面也有黑线，但是位置与太阳光谱并不完全相同。

    弗朗荷费也注意到，用酒精灯烧食盐，产生的火焰光谱中，有一条黄
色的光带，位置恰好与太阳光谱的D黑线重叠。但是他没有进一步研究这个
问题。1826年，弗朗荷费患肺结核病逝，年仅39岁。他至死都不知道这些
黑线是怎么产生的。1859年，德国物理学家基尔霍夫发现，如果燃烧某种
元素，发出的光经过棱镜后，会形成位置固定的光谱线。例如，燃烧钠，
会出现两条黄色的光谱线，它们的位置恰好与太阳光谱中的两条黑线相同。
为了验证它们的确相同，他让阳光先通过钠蒸汽，再通过棱镜，料想会见
到钠发出的光谱线刚好填补了太阳光谱的两条黑线。没想到，那两条黑线
反而变得更黑、更明显了。

    这是怎么回事呢？基尔霍夫又做了几个实验才找到了答案。一种元素
被加热、发光，我们看到了它的发射光谱。但是在它处于冷却状态时，它
将吸收与它的发射光谱的波长一模一样的光。因此，太阳发出的光穿过比
较冷的钠汽，钠汽就会吸收那些它自己在炽热状态下发射的光线，而形成
黑线。也就是说，太阳光谱中那两条与钠光带相对应的黑线，是钠吸收线，
表明在太阳外大气层中，存在钠元素在吸收太阳内部发出的光。这样，通
过分析太阳光谱和恒星光谱，与化学元素的光谱对比，就可以知道太阳、
恒星上面都有什么化学元素。1868年，通过分析太阳光谱，法国天文学家
詹森发现太阳含有一种未知的元素，被称为“氦”（Helium，意思是“太
阳”），到1895年这种元素才在地球上发现。通过分析光谱，我们还可以
知道恒星的温度、压力、运动速度、旋转速度，甚至它的年龄和距离。星
空不再遥远而神秘。弗朗荷费的墓志铭准确地预见了这个结果：“他接近
了星星。”

    孔德死于1857年。如果他晚死几年，见到星星的奥秘正在被揭开，将
会做何感想呢？哲学家往往是非常自信的“智者”，但是很遗憾，他们对
科学研究所划定的界限，几乎没有不被以后的科学进展证明了是错误的。

2005.1.22.

（中国青年报2005.2.16）

(XYS20050218)

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