第十八章：宇宙之外是什么？ (3-2)

轨道1的能级是13.6ev，轨道2能级是3.4ev，轨道3的能级是1.51ev。轨道1和轨道2能量相差10.2ev的能量，轨道2和轨道3的能量相差1.89ev的能量。轨道1和轨道3的能量相差12.09ev的能量。当一个光子的能量只有轨道是一二，，一三的能量差时才能被电子吸收。自己可以通过普朗克公式e=hcλ算一下。能量为10.2ev得光的波长为121.7nm，能量为1.89ev的光的波长为656.7nm，能量为12.09ev的光的波长为102.7nm。

一束光线里有无数个光子，这些光子携带的能量并不一样，当一束光穿过氢原子时，只有能量刚好是核外电子轨道能级差的光子才会被电子吸收。

这些特定能量的光子被电子吸收后，电子又会把这些光子以原来的能量值释放出来，但是释放出来的光子方向就和原来的方向不一样了，所以这些光子就不属于原来的光线了，如果换个角度观测再次被释放出来的这些光子，就会形成发射谱线。

当这束光穿过氢原子后，抵达地球时，我们就会发现这束光里面，波长为102.7nm，121.7nm，656.7nm的光消失了

因为这些消失波长的光被氢原子核外电子吸收后又释放到其他方向上去了。

我们按照这束光里面光子波长的大小，将其做成光谱，就会发现光谱缺失了一部分光，所以就会出现好几段黑格，这些黑格代表的就是核外电子轨道跃迁时吸收的光。这就是吸收谱线。

对于不同的原子，其核外电子能级轨道不同，所以当一束光穿过不同原子时，不同原子的核外电子轨道跃迁所需的能量不同，就会吸收不同能量的光子，光谱上留下的黑格分布就不同。

通过黑格的分布就可以断定光线到底穿过了哪种原子。科学家就是通过这种方式才能分析出某一星球的组成成分。

而废话这么多，就是为了铺垫如何通过吸收谱线判断红移量。

太阳是宇宙中最常见的恒星，它的主要组成成分就是氢，太阳核心会发生核聚变，释放大量的光子，这些光子从太阳核心出发，会穿过太阳内部大部分的原子，当太阳光在抵达地球时，就可以通过这些光子得出的光谱看到黑格的分布，

其中73%黑格的分布符合氢原子的吸收谱线，25%的黑格分布符合氦原子吸收谱线，剩下黑格分布符合氧，碳，氖，铁等原子的吸收谱线。所以可以判定太阳内部的组成成分，其中73%是氢，25%是氦。

假设我们现在接收到一个遥远星系发出的光，分析其中一部分光的吸收谱线，发现黑格之间距离的分布和太阳不一致，那么就证明，发出这些光的天体的组成成分和太阳不一样。那么就无法判定红移量。

要知道，太阳这种主序星是宇宙中最常见的恒星，接收到遥远星系的光线，必然有类似太阳这样的恒星发出的光夹杂其中。仔细排查就会发现，星系发出的一部分光的吸收谱线内，黑格之间的距离分布和太阳一致，但是这些黑格却整体朝向红光端移动。

所以就可以断定，发出这些光的必然是遥远星系里和太阳组成成分相似的恒星。

但是由于红移效应，其吸收谱线的黑格会整体移动。所以就可以肯定，其吸收谱线中的黑格在红移之前和太阳是一致的。这些黑格相对于太阳的黑格，整体移动了多少，那么就红移了多少。

通过矫正，把这些黑格整体移动到和太阳吸收谱线一样的位置，那么黑格此时所处的位置代表的波长就是红移前原始的波长，设为λ。接收到的波长，设为λ。

红移量z=λ－λλ。红移量z是个标量，通过哈勃勒梅特定律可知：红移量和星系的距离的关系式是z=hdc，c是光速，h是哈勃常数，d是星系和观察者的距离。由于hc是个固定的系数，所以星系和观察者的距离与红移量呈线性关系，距离越远，红移量越大。将红移量代入到公式中，就可以算出星系和蓝星的距离。

z为正数时，代表接收到的波长大于原始波长，所以光在飞行过程中波长增加了，向红光端移动，这就是红移。

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