自古以来，在人们的经验中，太阳光是一种白色光，就是您在正午直视太阳所能看到的颜色（仅作事实描述，该行为会损害眼睛，切勿测验考试）。可是这种基于朴实经验的认知因一位天才的呈现而被倾覆，他就是人类汗青上最伟大的天才科学家艾萨克·牛顿。
棱镜分光
1665年至1666年间，一场导致8万人灭亡的宿世纪大瘟疫囊括伦敦，剑桥大学为避免学生之间互相传染而停学封闭，牛顿回抵家乡遁藏瘟疫。而恰是这两年，百无聊赖的牛顿缔造力爆发，同时在力学、数学和光学三个分歧的偏向取得冲破，不外今天我们只会商他在光学方面的研究。
大约在1666年，牛稽首先在光学尝试中发现当太阳光经由过程三棱镜后，会被分化当作七种颜色的光。
牛顿认为这是因为分歧的光有分歧的折射率造当作的，这种现象被称为色散，牛顿这一发现也当作功诠释了彩虹发生的原因。
不外因为那时牛顿对于光的性质熟悉的误差，他并没有准确诠释这种现象。他那时认为光是一种粒子，而分歧颜色的光粒子与透明介质相遇会发生分歧的折射率，这在那时来说，诠释也仍是挺合理的。
双缝干与尝试——光是波？
到了19宿世纪初，一位天才的英国大夫、英国皇家学院天然哲学传授托马斯·杨做了一个物理史上最伟大的尝试——杨氏双缝尝试，无可置疑地证实光是一种波，因为只有波具有干与的现象，牛顿对棱镜分光的诠释不当作立了。
不外这位什么都懂的天才操纵该尝试同时测量出分歧颜色光的波长，他提出分歧的颜色的光对应着分歧的波长，而波长越长，折射率越低，波长越短，则折射率越高，以此完美诠释了牛顿的棱镜分光尝试。
太阳光谱里的神秘暗线
同样在19宿世纪初，一位同是英国的物理学家威廉·沃拉斯顿进级了牛顿的棱镜分光尝试，在太阳和三棱镜之间增添了一道狭缝，让太阳光颠末狭缝后照射到三棱镜上，他从三棱镜分化出的持续光谱中发现了一些暗线，但他那时并不知道这是什么。
12年后的1814年，一位德国的物理学家约瑟夫·夫琅和费制造了一台分光仪，它除了在太阳与三棱镜之间增添了一道狭缝，还在狭缝与三棱镜之间再增添了一个准直透镜，使颠末了狭缝的太阳光又酿成了平行光，然后又在三棱镜后面增添了一个千里镜。成果，夫琅和费从千里镜里看到了在太阳光谱中存在大量密密麻麻的暗线，他花了约三年的时候，从太阳光谱里一共数出了570多条暗线，我们此刻把它称为夫琅和费线。但跟沃拉斯顿一样，他同样不知道这些暗线是怎么回事。
化学元素光谱里的特征亮线
到了19宿世纪中期，一位德国的化学家罗伯特·本生发现了一种改良型的煤气灯，此刻称为本生灯。这种灯是由特定比例的空气-煤气的夹杂气体完全燃烧发生的高温火焰。在煤气不完全燃烧时，火焰呈黄色，温度较低，当增添空气比例，让煤气充实燃烧，火焰温度会越来越高，火焰颜色会越来越紫，当空气-煤气的夹杂比例达到3:1时，火焰的温度接近甚至跨越1000度，火焰变得接近无色，其实是所发的光大部门不成见了。
本生想要操纵本生灯来发现新元素，它把各类粉末投入无色火焰中，发现含有分歧元素的粉末在本生灯的高温无色火焰里燃烧时会发出分歧颜色的光，可是跟着他测试的分歧元素越来越多，他发现有些纷歧样的元素放在本生灯里烧时会发出的光的颜色根基上一样，肉眼底子无法区分。
本生有一个好伴侣，物理学家古斯塔夫·基尔霍夫，他得知本生的迷惑后，提出可以用夫琅和费分光仪来看光谱。公然，在本生灯里高温燃烧下，原本看起来不异颜色的分歧元素所发的光颠末了分光仪后，从千里镜里看到了判然不同的亮线。他们不断地烧，不断地不雅察，把所有他们已知的元素都烧了个遍，而他俩也把分歧元素的亮线位置都记住了。
化学家本生由此发现了一种寻找新元素的方式——光谱阐发法。不外我的这篇文章要讲的其实并不是化学，而是物理，是以我们要继续跟从物理学家基尔霍夫的脚步。
天体物理学的革命——光谱阐发法揭示太阳元素之谜
在和本生一路进行的本生灯燃烧尝试里，基尔霍夫已经记住了大量元素的特征光谱线（亮线），当他把这些亮线跟夫琅和费光谱仪中太阳光谱里的暗线一一比对后诧异地发现，这些本生灯燃烧下发生的亮线在太阳光谱里同样位置下倒是暗线。基尔霍夫很纳闷，这是表白这些元素太阳上都没有吗？
后来它想到一种巧妙的方式，用氢在纯氧里燃烧，然后用所发生的高温火焰去烤石灰棒，石灰棒会发出敞亮的白光，而这白光在分光仪里是一段持续的光谱，近似没有暗线的太阳光。然后他在石灰棒和分光仪之间放一盏本生灯，用钠盐放在上面燃烧，成果神奇的工作呈现了，原本在本生灯燃烧下应该呈现的钠元素黄色亮线不见了，在应该呈现亮线的那些位置呈现了暗线。
基尔霍夫恍然大悟，本来亮线和暗线都是统一种元素造当作的！在敞亮的纯白光布景下，原本黄色的亮线就会酿成暗线，那么太阳的暗线就是因为在持续的太阳白光布景前面存在各类元素，它们的温度比太阳光源的温度低，是以接收了布景的敞亮白光从而发生了暗线。基尔霍夫由此打开了天体物理学的一扇大门——用光谱阐发法确定遥远天体的元素组成！
这些元素所发生的谱线称为元素的特征谱线，此中亮线是发射谱线（简称发射线），暗线是接收谱线（简称接收线）。基尔霍夫操纵这些特征谱线当作功确定了太阳上的元素组成。
元素特征谱线的特异功能——光谱频移获得相对速度
跟着光谱阐发法在远方恒星与星系中的应用，科学家发现了光谱中的特征谱线除了能确定远方天体的元素组成外，还有一个额外的功能：确定天体与地球的相对速度。
19宿世纪奥地利物理学家、数学家克里斯琴·多普勒提出的一个效应，称为多普勒效应。他指出辐射波长会随波源相对活动的转变而转变，波源接近不雅察者时，波长会变短，波源远离不雅察者时，波长会变长。
因为元素特征谱线的频率是固定的，是以，在地球上不雅测到的特征谱线频率就可以作为基准。当天体远离我们时，特征谱线频率会降低，波长会变长，光谱中会标的目的红端移动，称为红移。相反，当天体接近我们，特征谱线频率会升高，波长变短，光谱标的目的蓝端移动，称为蓝移。而天文学家就按照这种多普勒频移效应测量了大量恒星和星系与我们的相对速度。
宇宙量天尺
跟着天文不雅测和理论成长，科学家找到一些称为“量天尺”的特别天体，首先发现的是一种光度会发生周期性转变的恒星，称为造父变星，这种恒星的绝对光度与其转变周期存在对应关系，是以在经由过程三角视差法获得一些造父变星的真实距离后，科学家就可以按照其视亮度和转变周期计较出它的距离。
?后来又发现一种特别的超新星，是由吸食伴星物质冲破钱德拉塞卡极限的白矮星发生超新星爆发发生的，因为它们刚好冲破钱德拉塞卡极限，是以在理论上它发生超新星爆发时的绝对亮度是不异的，这种超新星被称为Ia型超新星。科学家操纵造父变星校正了Ia型超新星的亮度与距离关系今后，一把超等量天尺就发生了，科学家可以用它测量出数十亿光年的距离。
宇宙量天尺+多普勒频移——宇宙正在膨胀
这时，一位载入史册的天文学家呈现了，他就是鼎鼎台甫的爱德文·哈勃。他操纵Ia型超新星不雅测确定了24个河外星系的距离后阐发它们的光谱，发现离我们越远的星系光谱红移越厉害。按照多普勒频移效应，这意味着离我们越远的星系远离我们的速度越快。而这刚好合适比利时宇宙学家乔治·勒梅特按照广义相对论引力场方程做出的理论预言——宇宙正在以必然的速度膨胀。
20宿世纪40年月末，美国核物理学家乔治·伽莫夫按照哈勃的发现提出热大爆炸宇宙学模子，现代宇宙学尺度模子——宇宙大爆炸模子正式确立。
