光线送来的“情报”

作者: 吴城固

如果有人间你:“你能化验出太阳有哪些成分吗?你一定会以为是开玩笑。因为太阳离地球有一亿五千万公里,表面温度高达六千摄氏度,谁能到那里去取回物体来化验呢?那是不是没办法知道太阳的成分呢?有办法。科学家利用灿烂的阳光从亿万公里之外给人类送来的“情报”,揭开了太阳化学成分之谜。

这个谜是怎么揭开的呢?

19世纪,德国人本生,曾经取了一点食盐——氯化钠,放到煤气灯的火焰上烧,哎,无色的灯焰立刻变成黄色的啦,是食盐中的金属钠还是氯气使灯焰变黄的呢?本生想弄弄清楚。于是他又选用不含氯而含钠的化合物纯碱(碳酸钠)和芒硝(硫酸钠)来做试验,发现这些物质也能使灯焰变成黄色,最后他把金属钠放在火焰上烧,也变成了黄色。这就证明确实是钠使火焰变成黄色的。后来他又把别的金属放在火焰中烧,也能使火焰变色。而且每种金属变的颜色不一样,铜能使火焰变绿色,钾的火焰是淡紫色,锂的火焰是红色……

照这么看,我们要了解某种物质的成分,只要把它放在火焰上烧一烧,看看是什么颜色就可以了。但是事情并不是这么简单,因为有时两种金属烧起来会出现相同颜色,靠肉眼很难辨别出来是哪种金属。例如,锂和锶燃烧时,火焰都是深红色的;铜和钡燃烧时,火焰都是绿色的。

怎么办呢?本生把这个困难告诉了他的好朋友基尔霍夫。基尔霍夫是位物理学家,他立刻想起了牛顿研究过太阳光,用三棱镜把太阳光分成红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色;能不能把相同颜色的金属火焰也分析一下呢?于是,由一位物理学家和一位化学家合作,装备了一种完善的精密三棱镜——分光镜,锂和锶的红色火焰光透过这种分光镜,火焰的颜色果然被分开了,看上去同是红色火焰,锂的光是由一条明亮的红线和一条较暗些的橙色线组成;而锶的光是由一条蓝线和好几条红线、橙线、黄线组成。由于红色最显著,所以肉眼看起来,它俩的火焰颜色一模一样。

像每个人都有自己的指纹一样,任何元素都有它自个儿特有的光谱。如果我们能查清楚所有已知元素的光谱,汇编成一份光谱表,那么,在鉴别物质时只要将它形成的光谱跟光谱表一对照,就可以把里面的元素一个个鉴别出来了。这就叫光谱分析法。

光谱分析的速度要比一般的化学分析快一百多倍。而且它的灵敏度很高,哪怕是几百万分之一,甚至是几十亿分之一克的微量物质,它都能分析出来。因此冶金工业中往往通过它分析钢铁的成分,地质勘探中常靠它发现矿石中的微量贵重金属和稀有元素;在半导体技术主面,它还能够揭露出躲藏在硅、锗和高纯度金属里的微量杂质;医学上也可以用它检查人体血液的成分。

那么,太阳里面究竟含有哪些成分呢?科学家就可以根据太阳光送来的情报,让它通过分光镜,利用光谱分析的方法,十分精确地测得太阳是由氢、氦、氧、镁、钠、铁等六十多种元素共同组成的。