为什么光谱可以帮助人类发现宇宙大爆炸?

  “光谱-RG”是一个X射线望远镜,计划将在未来大约7年时间内扫描宇宙并发现大量星系团和位于活动星系核内部的超大质量黑洞。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?为什么要观测天体的光谱?从地球上的焰火到太空中的星星,很多物体都能发光。这些物体除了发出我们可见的光之外,还常常会发出我们肉眼看不到的“光”,比如伽马射线、X射线、紫外线、红外线与无线电波——即天文学中所说的射电波。所有种类的光,都是电磁波中的一种。

  光同时具有粒子与波的特性,它们都由光子构成。同一个物体可以发出具有各种波长的光子,不同能量与个数的光子具有不同亮度。如果我们用一种仪器将一束光按照波长分解,就可以得到各个波长上光的亮度,这就是光谱。据此画出的图就是光谱图。将物体发出的光分解为光谱的仪器就是光谱仪,也被称为分光仪。

  

  对天体光谱进行分析,不仅可以得到天体的化学组成信息,还可以判断出天体的运动速度。光波和声波一样,遵循“多普勒效应”:波源与观测者接近时,波被压短,也就是“蓝移”;波源与观测者远离时,波被拉长,也就是“红移”。根据压缩与拉长的程度,可以定量计算出波源靠近或者远离的速度。

  根据这个原理,天文学家将测出的光谱与实验室里元素发光的光谱比较,得到其红移或者蓝移的数值,进而计算出恒星与星系相对地球的运动速度。尤其重要的是,天文学家发现大多数星系在远离地球,结合这些星系的距离,天文学家推断星系的退行速度与距离成正比,这意味着宇宙在膨胀。倒退回去,宇宙起源于一个极小的点。它在100多亿年前发生了大爆炸,然后开始膨胀。这些惊世骇俗的结论都是在光谱分析的基础上得到的。

  从地球上的焰火到太空中的星星,很多物体都能发光。这些物体除了发出我们可见的光之外,还常常会发出我们肉眼看不到的“光”