恒星光谱分类：太阳光谱与恒星光谱差异大

早在1666年，24岁的牛顿就用三棱镜分解了太阳光。阳光分解后展开成一条宛如彩虹的色带，从它的一端到另一端依次排列着红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫各种颜色，这些颜色之间是均匀缓慢而连续地过渡的。这种彩带就叫做光谱。

19世纪初，英国物理学家沃拉斯顿（William Hyde Wollaston，1766～1828年）让太阳光先穿过一条狭缝再通过棱镜，从而首先观测到了太阳光谱中有一些暗线。但是，首先系统而细致地研究这些暗线的则是夫琅禾费。他将棱镜和小型望远镜连接起来，观测从远处的狭缝射进来的太阳光。这一装置便是有史以来的第一具分光镜（图33）。夫琅禾费于1814年发现，在太阳光谱里有“不可计数、强弱不一的垂直光谱线，它们比背景的颜色暗黑一些，有些谱线差不多是完全黑暗的”。在他发表的太阳光谱图中，暗线已经多达500余条，后人便将它们称为“夫琅禾费线”。这些光谱线的强弱宽窄虽然各不相同，它们在光谱中的相对位置却固定不变。夫琅禾费给许多重要的光谱线一一取名，它们分别用大写字母A、B、C……或小写字母a、b、c……来表示，这些记号一直沿用至今。

图33　夫琅禾费（直立者）和他的朋友正在进行分光镜实验

在19世纪，自然科学各大领域中都取得了一系列重大的成就，其中之一便是认识了光的电磁本质：光是一种电磁波，不同颜色的光具有不同的波长和频率。肉眼能感知的光称为“可见光”，它的波长范围大致为4 000埃～7 000埃。“埃”是国际物理学界沿用已久的一种长度单位，通常用符号Å来表示。1Å的长度只有1厘米的一亿分之一，即等于0.1纳米。由此可见，天文学家不仅要同像“光年”和“秒差距”那样巨大的尺度打交道，而且还得同像“纳米”和“埃”那么细小的东西交朋友。红光的波长在6 500Å左右，紫光的波长则短到4 000Å上下。在可见光两端之外，分别是红外线和紫外线。红外线的波长比红光更长，紫外线的波长比紫光更短。太阳光谱中的夫琅禾费线既然各有固定的位置，那就说明它们各有自己特定的波长。例如，橙黄色的D1和D2线的波长分别为5 896Å和5 890Å，红色的C线波长为6 563Å，紫色的H线和K线的波长则分别为3 968Å和3 934Å。

同样，我们也可以用分光镜和光谱仪获得大量恒星的光谱。有些恒星的光谱与太阳光谱十分相似。但是，一般说来，不同恒星的光谱相互之间往往有着不小的差异。正如生物学家对五花八门的动物或植物进行卓有成效的分类一样，天文学家也对恒星光谱做了类似的分类工作。有人认为，分类法“可能是发现世界秩序的最简单的方法”，这话多少有点道理。

最先观测恒星光谱的也是夫琅禾费，他曾将它们与太阳光谱进行比较。但是，恒星光谱分类工作的真正先驱者却是意大利天文学家赛奇（Pietro Angelo Secchi，1818～1878年）。他的一生对天文学有着许多重大的贡献，但他的职业却是一名神父。1868年，赛奇公布了一份包含有4 000颗恒星的星表，表中将这些恒星按光谱区分成四类。第一类是白星，它们的光谱中只有极少几条谱线，天狼星和织女星可以算作这类恒星的代表；第二类是黄星，其光谱与太阳光谱十分类似；第三类是橙红星，光谱中出现明暗相间的宽阔谱带，这类谱带向着红端逐渐减弱，猎户α星（参宿四）和天蝎α星（心宿二）便是它们的代表；第四类是深红色的星，它们的光谱特征与第三类恒星恰好相反，在红端呈现出宽阔的光谱带，朝着紫端谱带逐渐减弱。

在赛奇之后，恒星光谱分类不断向前发展。到19世纪末，它已经变得非常精细。美国哈佛天文台台长皮克林（Edward Charles Pickering，1846～1919年）及其合作者于1890年用A到Q等字母（除去J）来表示不同的光谱类型（共有16类）。以后的研究发现，其中有些是双星的合成光谱，有些是拍摄得不好的光谱，于是便将这些类型取消了。(www.xing528.com)

皮克林的团队最后获得24万余颗恒星的光谱，对它们分类的结果都列入了HD星表。如此浩瀚而精细的分类工作，大部分是由皮克林的助手坎农女士（Annie Jump Cannon，1863～1941年）奋力完成的。她按照恒星的表面温度（可惜，限于篇幅，本书不能详细介绍如何测定恒星的温度了）由高而低的次序，重新调整了主要光谱类型的顺序（图34）。从温度最高的O型星开始，构成了如下的序列：

O B A F G K M

为了便于记忆，有人利用这些字母编造了一个英语句子：“Oh！Be A Fair Girl，Kiss Me”，译成中文就是“啊，好一个仙女，吻我吧”。这句话中，每个单词的第一个字母恰好构成上述光谱型的次序。每个光谱型还可以更加细致地划分成10个次型，例如从B型过渡到A型，便又有B0，B1，B2……B9这10个次型，它们的光谱特征是依次连续变化的。

图34　恒星光谱示意图

上面一条是A型星的光谱，中间是G型星的光谱，下面是M型星的光谱

这便是非常有名的“哈佛分类法”，全世界的天体物理学家对它都非常信赖，如今人们仍在广泛地应用它。