光譜線（１８１４年）等

光譜線（1814年）

約瑟夫#8226;馮#8226;弗勞恩霍夫（1787～1826年）

牛頓曾用三棱鏡把光線分解成組成光線的色光。但是，制造玻璃和透鏡的巴伐利亞人約瑟夫#8226;馮#8226;弗勞恩霍夫卻量化了黑暗、狹窄的光譜線，使化學和天文學發生了徹底的變革。

馮#8226;弗勞恩霍夫因發明“不分光的雙合”望遠鏡鏡頭而出名。1814年，他用這一技術發明了分光鏡，用來測量通過三棱鏡的太陽光線中不同色光的彎曲度。馮#8226;弗勞恩霍夫不像牛頓那樣用肉眼觀察光線，而是通過一個裝配在圓形刻度尺上的小型望遠鏡進行觀察。英國化學家威廉#8226;海德#8226;渥拉斯頓曾于1802年在太陽光譜中發現了7條暗線，而馮#8226;弗勞恩霍夫則數出有574條，并測出了其中324條線的波長。他用從A至K的字母來標明最黑最突出的暗線，這一方法一直沿用至今。

馮#8226;弗勞恩霍夫不知道這些暗線是怎樣生成的。不過，到1895年時，德國化學家羅伯特#8226;本生和德國物理學家古斯塔夫#8226;基爾霍夫發現，每一種元素都吸收和發散自己獨特的光波組合，形成了一種像“指紋”一樣獨特的光譜線。因為太陽附近的大氣中含有一些氣態的化學元素，可以把直射的光束中的一些一定波長的光線消除掉，所以基爾霍夫和本生就可以推測出太陽的化學成分。光譜分析還使科學家們計算出實驗室樣品的化學成分，最終使他們發現了銫、銣、氖、氬這些以前沒有在地球上探測到的元素。

多普勒效應（1842年）

克里斯汀#8226;約翰#8226;多普勒（1803～1853年）

1842年，奧地利物理學家克里斯汀#8226;約翰#8226;多普勒首次提出一條原理，認為從身旁路過的滿載著號手的蒸汽卡車上傳來的音高與速度成正比。

這種效應在日常生活中屢見不鮮。當救護車響著警報聲向我們呼嘯嘯而來時，運動中它把聲波壓縮使波長變短（高頻率）；當它駛向遠處時，聲波拉長（低頻率）。這條原理同樣適用于光和其他電磁波。自東向西旋轉的太陽，其西側將聲波波長拉長，使波譜上產生一個紅向移動；同時東側的光波被壓縮，形成藍向移動。根據多普勒效應，科學家發現，比太陽體積大的星星其旋轉速度也比太陽快得多。

1868年，威廉#8226;休斯利用恒星分光鏡測量遠處或附近星星的射線速度。1887年，人們運用恒星觀測方法測量地球繞太陽運轉的速度。人們將星星的射線速度及其與視線垂直的速度（來自數十年的空中觀測）結合起來，計算它在空中運行的真實速度。測算結果顯示，太陽繞銀河系中心旋轉的周期大約是200萬光年。遠離銀河核心的恒星運轉速度的變化表明，銀河系有一個巨大的球形暈圈。

遠離銀河系的光線紅向移動使得哈勃于1929年推斷出宇宙正在擴張——由太空擴展引起的次級多普勒效應。今天人們仍然在根據多普勒的原理探索太陽系以外的星星，發現了它們巨大的運行半徑。到目前為止已經新發現了60多顆與木星般大小的行星。

螺旋式星系（1845年）

威廉#8226;帕森斯（1800～1867年）

密布于星星外層的物體是被稱作星云的模糊光團。公元2世紀，托勒密記錄下7個星云。18世紀上半葉，查爾斯#8226;梅西耶通過望遠鏡記錄下103個。這些星云是他尋找彗星時應該主要避開的目標。發現星云最多的人是威廉#8226;赫歇爾，截止到1802年，他一共列出2500個星云。但是天文學家們對它們的屬性還拿不準，其中一些無疑是煙塵構成的云層，另外一些是我們星系內外的一些星星。

1845年，威廉#8226;帕森斯在愛爾蘭的帕森鎮城堡的空地上建起了一臺巨大的望遠鏡。這臺巨型望遠鏡上安裝的1.83米的金屬反射鏡使他得以仔細地觀察星云。許多星云都具有復雜的形狀，帕森斯用鉛筆畫一一地記錄下來。特別值得一提的是，他是世界上第一個發現螺旋星云的人。

1864年威廉#8226;帕森斯發現發亮的星云，如獵戶座，都是典型的發光氣體構成的（釋放型），而仙王座星云（M31）上面的光譜是典型的星光（吸收型）。還有一些遙遠的星星是人們無法看到的。1885年，M3l星云上的一顆星突然發光，1997年又出現了四顆不太明亮的新星。

愛德溫#8226;哈勃最終揭開了螺旋星云的屬性。1924年，他使用莫特#8226;維爾遜2.54米胡克望遠鏡為M31星云拍照，設法分辨出包括仙王座變體在內的一些巨星。這些“燈塔”使得他測算出我們離仙王座的距離是100萬光年，是離我們星系里面最遠的星星的距離的8倍。其龐大的體積完全可以自己構成一個星系。不久，人們就認識到宇宙由無數個星系組成，也許有千萬億個之多。

地球在宇宙中的位置（1918年）

海里塔#8226;斯萬#8226;勒維特（1868～1921年），哈洛#8226;沙普利（1885～1972年），沃特#8226;巴德（1893～1960年）

維廉#8226;赫歇爾和亞格布斯#8226;卡普坦等早期天文學家都將太陽看做是平面星系里唯一的中心。從地球上望去，這個星系像是太空中一個綴滿了星星的乳白色球體。但是，除了兩個被稱作麥哲倫星團的云層外，我們星系的周圍到底有什么，現在還無人知曉。

海里塔#8226;斯萬#8226;勒維特一直在研究麥哲倫云團上“仙王座”星星周期性的亮度變化。她發現仙王座越明亮，它變化的時間越長。由于麥哲倫云團上的星星離地球的距離相同，1912年，她提出借助附近的“仙王座”可以校準星星周期性亮度和內在的亮度二者之間的關系，從而進一步地用來測量太空的距離。

哈洛#8226;沙普利接受這一挑戰。布滿了星星的球狀云團是構成“仙王座”的主體。他通過比較“仙王座”校準的內在亮度和外部亮度來測量它與地球之間的距離。1918年，他得出結論，認為這個屬于銀河系的星團中心的周圍對稱地分布著松散的球體。沙普利還發現太陽離我們龐大星系中心的距離是6萬光年。

1945年，沃特#8226;巴德利用第二次世界大戰時的強制燈火管制期發現星星分為兩大類。年輕的一類比年老的一類含有更重的元素。遺憾的是，“仙王座”不準確的一類星星被當作周期亮度和內在亮度的標準。1952年，巴德根據修正后的標準測算，宇宙的面積翻了一番。