光譜學：發現另一個星球上的生命跡象

趙欣

19世紀初，弗勞恩霍夫和基爾霍夫在分析陽光時第一次將光譜學應用于天文學領域。起初，他們認為從太陽發出的白光在透過棱鏡時會產生純凈的彩虹。但是，他們史無前例地注意到了一組暗線。這些意想不到的線條實際上是由不同化學元素在與光的相互作用中產生的“指紋”，人們稱之為吸收線。

這種相互作用的美妙之處在于，每種化學元素或分子在光譜中都能表現出獨有的特征，而這種條碼明確地將一個元素區別于另一個元素。通過解讀這些條碼，光譜學可以揭示任何一個發光星體或吸光星體的重要特性。

星星發光進而形成一個光譜的連續體。當白光穿過棱鏡時，它形成一個彩虹的光譜。同樣，當星星發出的光穿過星云或者只是穿過星星的大氣層時，某些顏色（或波長）被氣體中的元素吸收，從而在光譜上產生暗線，形成吸收光譜。氣體吸收能量再重新向各個方向散發，此時呈現出氣體中元素的特定顏色，從而產生特定波長的亮線；這被稱為發射光譜。

光譜儀是天文儀器的基本部分，它們比棱鏡要復雜得多。通過光譜儀，人們能夠觀測到的是一個比彩虹中的光線更加分散的光譜。光譜被記錄在CCD檢測器上，最終保存在計算機文件中以方便天文學家做進一步的處理和分析。星星或任何天文物體的光譜不僅揭示了某些化學元素的存在，還揭示了其當前的物理條件，例如溫度和密度。光譜還可以讓人們了解運動狀態：借助多普

勒效應，人們可以測量星星或星系相對于地球的運行速度。這種效應被用于發現太陽系外行星，并且類似的特征使得天文學家可以測量各星系間的距離。光譜還包含了物體中磁場、物質組成等信息。

歐洲南方天文臺的大多數望遠鏡都有光譜儀或具有光譜模式，它們可以涵蓋不同的波長范圍（從近紫外波長至中紅外波長），并提供不同的光譜分辨率（光譜分辨率越高，光的色散越強，可檢測光譜的細節越?。?。

帕瑞納天文臺甚大望遠鏡的一些光譜儀能夠形成高分辨率光譜，如光柵攝譜儀和紅外階梯光柵光譜儀；一些光譜儀能夠同時獲得許多物體的光譜，如大型光纖陣列多目標攝譜儀和可見光多目標光譜儀；還有一些光譜儀甚至可以拍攝全景光譜（詳見積分場光譜），如K波段多目標攝譜儀、多光譜探測器和近紅外積分場觀測攝譜儀。

在拉西拉天文臺，安裝在新技術望遠鏡（NTT）、第二代ESO暗天體攝譜儀和相機（及其前身多模式儀表）以及艾薩克之子上的儀器也是光譜儀。但是，安裝在歐洲南方天文臺3.6米望遠鏡上的高精度徑向速度行星搜索器，無疑是在外行星檢測中有著重要作用的最有名的儀器之一。

下一代的光譜儀，如那些計劃用于超大望遠鏡（ELT）的光譜儀，將超越我們目前可以實現的任何目標。天文學家期望能夠在類似地球的外行星的大氣中尋找到生命跡象。他們相信，如果在另一個星球上發現了生命跡象，那么用到的儀器很可能就是一個光譜儀。