星光洩露那些秘密 ?

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天體的光譜告訴我們很多秘密，包括它們所含的元素及分佈情況、自轉、磁場、退行速度 (紅移) 或接近速度 (藍移)、是否雙星或聚星、有無活躍的黑洞等等。通常天體的光譜都附帶發射線或吸收線，下圖是一些例子。


      


絕大部份的恆星光譜都有吸收線，但有時亦夾雜一些發射線，發射線的出現表示有更高溫的氣體包圍一顆星。

發射線通常很幼，位置視乎包含的元素而定，不過如果光源是一團快速運轉的熱氣體，光譜的發射線會被拉寬，氣體轉動越快，發射線越寬，例子見下圖。 (參巧 http://openlearn.open.ac.uk/mod/resource/view.php?id=300276)


      


吸收線也會被磁場分裂，這現象稱為塞曼效應 (Zeeman effect)，例如下左圖的太陽黑子，它本身是一個磁場，幼直線代表分光儀對準的位置，右圖是從分光儀拍攝的黑子光譜照片，中間的吸收線分裂最大，從分裂線的相隔距離便可算出該處的磁場強度。黑子場通常很強，往往比地球兩極磁場強幾千倍，比一條普通磁鐵棒強十倍。
(參考 http://science.nasa.gov/headlines/y2009/03sep_sunspots.htm)


      


下圖是雙星系統的光譜，主星 A 和伴星 B 的吸收線或發射線因兩星互繞關係出現多普勒藍移或紅移 (向左或右移)，從位移周期便可分析雙星的軌道。動畫見 http://www.astronomy.ohio-state. ... 62/Movies/spbin.mpg。


      


在二十世紀初，美國哈彿天文台的女天文學家 Annie Jump Cannon 根據星光的特性 (元素發射線 / 吸收線的表現、光度 luminosity 或絕對星等，顏色指數或度)，把光譜分成 O、B、A、F、G、K、M 型，其中 O 型星的度最高 (星表面有四萬度以上)，M 型星的溫度最低 (三千度以下)，為方便起見，Cannon 更以 "Oh Be A Fine Girl; Kiss Me." 記之，後來每型光譜又細分幾個次型，例如 G0 (溫度 6030 K)、G2 (太陽，5800 K) … G8 (5570 K)。下列是主序星的光譜簡表，主序星是指仍然有正常氫燃燒的星體，叫簡表是因為光譜分類屬專業範圍，在這裡只作簡介，非主序星 (巨星、超巨星、白矮星) 的光譜亦有另類分法，見 http://en.wikipedia.org/wiki/Stellar_classification (luminosity class)。


      


上世紀天文界已累積大量譜型資料，確定譜型之後，該星體的質量、半徑、溫度 (顏色指數)、光度 (絕對星等) 便可以從資料庫中找到初步的線索。