光谱学：发现另一个星球上的生命迹象

赵欣

19世纪初，弗劳恩霍夫和基尔霍夫在分析阳光时第一次将光谱学应用于天文学领域。起初，他们认为从太阳发出的白光在透过棱镜时会产生纯净的彩虹。但是，他们史无前例地注意到了一组暗线。这些意想不到的线条实际上是由不同化学元素在与光的相互作用中产生的“指纹”，人们称之为吸收线。

这种相互作用的美妙之处在于，每种化学元素或分子在光谱中都能表现出独有的特征，而这种条码明确地将一个元素区别于另一个元素。通过解读这些条码，光谱学可以揭示任何一个发光星体或吸光星体的重要特性。

星星发光进而形成一个光谱的连续体。当白光穿过棱镜时，它形成一个彩虹的光谱。同样，当星星发出的光穿过星云或者只是穿过星星的大气层时，某些颜色（或波长）被气体中的元素吸收，从而在光谱上产生暗线，形成吸收光谱。气体吸收能量再重新向各个方向散发，此时呈现出气体中元素的特定颜色，从而产生特定波长的亮线；这被称为发射光谱。

光谱仪是天文仪器的基本部分，它们比棱镜要复杂得多。通过光谱仪，人们能够观测到的是一個比彩虹中的光线更加分散的光谱。光谱被记录在CCD检测器上，最终保存在计算机文件中以方便天文学家做进一步的处理和分析。星星或任何天文物体的光谱不仅揭示了某些化学元素的存在，还揭示了其当前的物理条件，例如温度和密度。光谱还可以让人们了解运动状态：借助多普

勒效应，人们可以测量星星或星系相对于地球的运行速度。这种效应被用于发现太阳系外行星，并且类似的特征使得天文学家可以测量各星系间的距离。光谱还包含了物体中磁场、物质组成等信息。

欧洲南方天文台的大多数望远镜都有光谱仪或具有光谱模式，它们可以涵盖不同的波长范围（从近紫外波长至中红外波长），并提供不同的光谱分辨率（光谱分辨率越高，光的色散越强，可检测光谱的细节越小）。

帕瑞纳天文台甚大望远镜的一些光谱仪能够形成高分辨率光谱，如光栅摄谱仪和红外阶梯光栅光谱仪；一些光谱仪能够同时获得许多物体的光谱，如大型光纤阵列多目标摄谱仪和可见光多目标光谱仪；还有一些光谱仪甚至可以拍摄全景光谱（详见积分场光谱），如K波段多目标摄谱仪、多光谱探测器和近红外积分场观测摄谱仪。

在拉西拉天文台，安装在新技术望远镜（NTT）、第二代ESO暗天体摄谱仪和相机（及其前身多模式仪表）以及艾萨克之子上的仪器也是光谱仪。但是，安装在欧洲南方天文台3.6米望远镜上的高精度径向速度行星搜索器，无疑是在外行星检测中有着重要作用的最有名的仪器之一。

下一代的光谱仪，如那些计划用于超大望远镜（ELT）的光谱仪，将超越我们目前可以实现的任何目标。天文学家期望能够在类似地球的外行星的大气中寻找到生命迹象。他们相信，如果在另一个星球上发现了生命迹象，那么用到的仪器很可能就是一个光谱仪。