太阳光谱颜色缺失之谜

太阳看起来是白色的，但把光拆开后，会发现许多缺失的颜色。这些黑色线条大多能追溯到具体元素，但仍有不少来源不明。即使太阳是研究最透彻的恒星，它依然藏着难解的秘密。

人类迄今制作过的最精彩的太阳光谱图之一，展示了一个奇怪的事实。在这道来自太阳的彩虹中，某些颜色明显缺失，像被挖走了一样。科学家研究了它们上百年，却仍然无法完全解释原因。

太阳光谱中那些密密麻麻的黑线，被称为夫琅禾费线。它们中的绝大多数，已经被确认是太阳大气中的元素吸收了特定波长的光所造成的。不同元素吸收不同颜色的光，于是会在光谱中留下独一无二的缺口，就像指纹一样。

问题在于，即便太阳是我们研究得最细致的恒星，仍然有一些吸收线无法和任何已知的元素对上号。这并不是科学家偷懒。恰恰相反，是太阳本身太复杂了。

肉眼看去，太阳发出的是刺眼的白光。但如果把光拆分成完整光谱，就会发现事情远没有这么简单。上世纪80年代，美国国家太阳天文台在基特峰对太阳进行了系统观测，拼出了完整的太阳光谱。

1984年记录的太阳高分辨率光谱

这个光谱有几个显眼的特征。首先，太阳在黄绿色波段最亮。虽然我们在天空中感受不到颜色差别，但仪器清楚地记录下了这一点。再次提醒，千万不要直视太阳。

第二个特征，就是遍布整个光谱的暗色斑块。这些正是夫琅禾费线，由德国物理学家Josef von Fraunhofer在1814年系统记录。它们的成因早已明确，是原子和分子在太阳大气中吸收光子造成的。

这种现象并不只出现在太阳身上。只要能测到光谱的恒星和星系，几乎都会出现类似的吸收线。关键在于，每种元素吸收光的方式不同，组合起来就形成了独特的模式。

通过比对这些模式，科学家可以判断一颗恒星里有什么元素。这听起来简单，实际操作却非常困难。多种元素的吸收线常常重叠在一起，让识别变得像解一道复杂的拼图。

尽管如此，大多数夫琅禾费线已经被成功识别。正是通过它们，我们确认太阳主要由氢和氦构成，同时还含有氧、钠、钙等元素，甚至还有微量的汞。

这并非纯粹的好奇心。宇宙刚诞生时，几乎只有氢和少量氦。后来，恒星在核心通过核聚变制造出更重的元素。恒星死亡时，这些元素被抛向宇宙，剧烈的爆炸还会生成更重的元素。

新的恒星在这些残骸中诞生，于是元素的种类逐渐丰富。一颗恒星中氦以上元素的数量和分布，可以用来推算它的年龄。这是天文学中非常重要的工具。

三种不同颜色的太阳合成图像

因为太阳离我们最近，它的光谱数据也最丰富。但即便拥有几十年的高分辨率观测，科学家仍发现有数百条吸收特征，无法和已知化学成分对应，也无法被现有的理论模型完美复现。

这些模型会根据太阳的温度、引力、大气结构等条件，生成一个“合成太阳”的光谱。但真实的太阳，显然比模型更狡猾一些。

本文译自 ScienceAlert，由 BALI 编辑发布。