恒星和光谱那些事儿（下）

前面我们说过，夫琅禾费线为色彩赋予了刻度，使定量研究成为可能。接下来，我们就聊聊谱线的一些典型变化，这些变化可以透露恒星的更多信息。

谱线偏移

最常见的谱线变化是红移/蓝移。所谓红移，就是所有的谱线都向光谱的红端平移了（波长更长），原来在橙区的跑到了红区，原本红区的更红或跑到了红外。蓝移呢，则是反向的、朝着蓝端的平移。

（“红移”是照顾人类感官所用的可见光范畴的词汇。已在红外区的谱线，背向红色移动，还是叫“红移”）

红移/蓝移的成因很直观，就是老朋友多普勒效应：如果波源正在远离观察者，那么观察者会看到更长的波长；反过来，则波长变短。

有一种红移，对它的揭示和研究，在现代物理学和宇宙学的发展史上具有里程碑意义，这就是哈勃红移：在宇宙尺度上，几乎所有星系都在红移（远离我们而去），并且距离越远，红移量越大（退行得越快）。拿二维世界打个比方，就像吹胀一个气球时，气球上所有的点都在相互远离，原本越远的，远离得越快。

如果我们把时针往回拨，宇宙就会收缩到一个点。也就是说，如今的宇宙，是从这个点“爆炸”出来的。哈勃红移（或称宇宙学红移）是“大爆炸”理论的重要观测证据。快要上天的“詹姆斯·韦伯”太空望远镜的主要任务，就是研究“大爆炸”后几亿年内的婴儿期宇宙的相貌。这台望远镜工作在红外波段，因为它所观察的宇宙尽头的恒星和星系，光谱早已移到红外线区了。

我们刚才说，“几乎”所有星系都在红移，也有例外。比如我们隔壁的仙女座大星系，就在朝向我们运动，光谱蓝移。它实在太近了，仅仅250万光年的尺度上，宇宙膨胀拼不过引力效应。仙女座大星系和银河系最终将合为一体，变成一个大星系。

谱线振荡

如果恒星的谱线一会儿红移，一会儿蓝移，就说明恒星的位置在周期振荡。这种情况意味着恒星身边有个邻居绕着它转动，恒星就像一位链球运动员，她甩着链球转，链球也把她扯得晃来晃去。当晃动的方向周期性地朝向或背离地球时，多普勒效应就会让谱线周期振荡。

在现代科技下，再暗的伴星也难以隐形。所以，这个邻居通常是恒星的行星。测量谱线振荡的幅度和周期，我们就可以判断行星的质量。如果我们的运气特别好，这颗行星正好能够经过主星面前，遮挡主星的局部，那么它的大气（若有）就会在恒星光谱上定期叠加新的谱线。分析这些谱线，我们还能进一步得知行星的大气构成，判断它是否宜居。

谱线致宽

有时，一颗恒星的光谱上，每条谱线都不是清晰锐利的一根细线，而是模糊宽泛。我们说过，电子跃迁对能量的要求非常严格，多也不行少也不行。这种变化并非表明这颗恒星上的电子比较通融，而是因为在这颗恒星上，有的部位在远离我们，有的部位则试图向我们靠拢，还有许多部位保持中立。

什么样的恒星这么人格分裂呢？其实很简单，就是恒星在自转。一侧半球在转向我们，另一侧则转向背面。它的正脸部位发光面最大，和我们的纵向相对运动的幅度也最小，所以各谱线的主体还在正中间。通过测量谱线展宽的幅度，我们就可以推算出恒星自转的线速度。

同样转速的恒星，如果相对地球的姿态不同，我们看到的谱线宽度将是不一样的。假如我们正好在恒星的赤道面上，那么会看到最明显的靠拢和退行，也就是最宽的谱线。而如果它的自转轴正对着我们，那么它的任何部位都在平动，我们就观察不到谱线致宽效应。

谱线离合

有些恒星的谱线会周期性地分分合合，一会儿裂成两根，一会儿合成一根。表明这不是一颗，而是一对离得很近的双星。这种谱线离合，其实是前面所说的谱线振荡的双星叠加效果。两颗恒星高速互绕时，会周期性地出现一来一去（谱线分裂）和左右平动（谱线合拢）的视觉效果。如果这对双星的大气成分不同、光度也有差异，相互遮掩时就会红红蓝蓝，明明暗暗，分分合合，煞是好看。

双星的谱线离合

图片来源：威斯康星大学

总而言之，看似简单的恒星光谱，其实变化多端。里面藏着许多有趣有用的信息，等着我们去发掘呢！