今年3月30日，世界著名的科學雜志《自然》發布了一篇文章，聲稱NASA（美國航天局）利用哈勃望遠鏡發現了一顆迄今最遙遠的恒星，編号為WHL0137-LS，被命名為Earendel，寓意是“晨星”或“旭日之光”。

研究認為，這顆恒星距離我們約129億光年，質量約有太陽的50倍以上，是一顆巨大的藍星。在此之前，最遠的恒星是2018年發現的MACS J1149 2223 Lensed Star-1（簡稱LS1），别名伊卡洛斯，距離我們約93億光年。

這些恒星都是通過引力透鏡放大效應才被發現的，雖然很模糊，但科學家們也能夠從一點星光中發現其身份信息。許多距離在億萬光年的恒星，科學家們都能夠将其情況娓娓道來，如數家珍。那麼，科學家們是如何知道了這些恒星的信息呢？

原來科學家們有許多的科學方法，探知這些遙遠恒星的秘密。其中很重要的一個方法，就是分析恒星光譜。恒星光譜可以披露出恒星很多深層的秘密，沒有兩顆恒星具有完全一模一樣的光譜，因此恒星光譜被譽為恒星的指紋。

科學家們正是掌握了恒星的這種“指紋”，才能夠了解遙遠恒星的基本參數和細節。我們一起來學習了解一下。

我們知道，每個人都有不同的指紋，這個世界上沒有兩枚完全相同的指紋。正是如此，人們就可以通過一個人留下的指紋信息，在70多億人口中找到這個人。

但如果說恒星也有指紋，許多人當然不信。恒星是一個巨大的火球，怎麼可能長出指紋呢？這種說法沒錯，但這裡說的指紋并非真正的指紋，而是類似指紋這種能夠辨别信息的方法。在人類中，指紋常常與一個人身份信息相關，通過指紋比對，就可以了解這個人的性别、年齡、出生地、民族、信用狀況等等信息，因此指紋也類似身份證。

恒星也是一樣，由于每顆恒星誕生的環境、時間、物質組成、質量大小、演化過程、距離遠近都不一樣，導緻發出的光就有差别，而恒星光譜就能把這些差别細微的刻畫出來，從而形成了恒星的“指紋”。

光譜，就是光的顔色和譜線。我們人眼看到的光叫可見光，是複合光，如太陽光由紅橙黃綠青藍紫等顔色組成，由于不同顔色的光具有不同的波長和折射率，通過棱鏡時就會發生色散，将各種不同顔色的光分離出來。

可見光波長約在380~780納米之間，以紫光波長最短，紅光波長最長，能量則與波長成反比。可見光是電磁波譜中一小段，電磁波除了有可見光，還有不可見光，如無線電、紅外線、紫外線、X射線、γ射線等。

光波是由于原子運動過程中電子産生的電磁輻射，不同物質的内部電子，以及這些電子在不同能量下運動情況是不一樣的，因此不同物質在不同狀态下發射的光波就不同。現在已經發現的宇宙元素有118種，每種元素發出的光波都是不一樣的。

光譜中會有光譜線，是指均勻連續光譜中的暗線或亮線，每種原子都有自己的特征譜線，因此，通過光譜線特征就可以鑒别出是什麼原子或分子發出的光。光譜線遵從基爾霍夫定律，即每一種化學元素在高溫下，都能産生輻射而發出獨特的明線光譜；在低溫時，則吸收自己能夠發出的這些輻射，從而使光譜中的明線變成暗線。

科學家們在實驗室獲得各種元素在各種條件下發生的光譜樣本，有了這些樣本，與采集到的各種光源光譜對照分析，就能夠得到這些光源是什麼元素發出，及其各種元素的豐度（比例）。這就是科學家通過恒星光譜分析，就能得到恒星狀态的原因。

科學家們通過對恒星的長期觀測，發現了一個規律，就是質量越大的恒星，光度越高，表面溫度也越高，這樣就能夠通過一顆恒星的亮度，來推測恒星質量的大小了。

最常用的恒星光譜分類系統是美國哈弗大學天文台在十九世紀末提出的，稱為哈佛系統，這個系統将恒星光譜分為O、B、A、F、G、K、M等類型，每個光譜型又分為10個次型，以阿拉伯數字0~9标注。

不過現在觀測到的恒星，最熱的星為O5，最暗的星為M5，這樣O型隻有6小類，M型隻有5小類，暫時就隻觀測到61小類。

O型光譜恒星是指大于太陽質量20~150倍以上的恒星，呈現藍色，其表面溫度達到25000~55000K，絕對亮度是太陽的20萬~500萬倍。這種巨型恒星在銀河系存在很少，約占恒星總數約0.00003%左右。

M型光譜恒星是指最小的恒星紅矮星，質量在太陽的0.4倍以下，最小的隻有太陽質量的0.08倍，表面溫度2000~3500K。這種恒星是銀河系的主流恒星，占據了恒星總數約76.45%。

太陽屬于G型光譜，這個光譜型恒星包括0.8~1.2倍太陽質量的恒星，呈現黃色，因此又叫黃矮星，表面溫度在5000~6000K之間，在銀河系約占有7.8%的比重。太陽就是一顆黃矮星，質量為1.9896*10^30千克。

恒星光譜還有一些其他的分類方法和類型，這裡就不展開說了。

恒星壽命是與質量成反比的，也就是質量越大的恒星，由于其内部溫度和壓力極高，導緻的核反應就越激烈，燃燒得就越快，消耗的燃料就越大，因此壽命就越短；反之壽命就越長。因此，科學家們通過對恒星光譜分析，得到恒星質量大小，由此又能夠得到恒星壽命長短。

經過對恒星光譜裡面的元素比例分析，各種元素的豐度，就可以得到恒星演化到了哪個階段，還有多久的生存期了。這是因為恒星從一誕生，就在源源不斷地進行着核聚變，使恒星元素組分不斷發生變化。

因此，在恒星演化的不同階段，光譜中的元素豐度是不一樣的，通過分析恒星光譜知道了恒星各種元素的豐度，就知道了恒星演化大緻到了哪個階段，從而得出其年齡。這有點像對人類年齡的了解，醫生知道了人類在什麼年齡段的骨密度、機體組織狀态等指标，通過看檢查單化驗單就大緻知道這個人的年齡了。

從恒星光譜得到恒星與我們的距離有兩個常用方法：一是通過恒星的絕對星等與目視星等換算，得出恒星距離；二是通過恒星的光譜紅移量或藍移量計算出恒星距離。

絕對星等和目視星等都是恒星亮度的衡量指标，都以數值表示，數值越大則表示越暗，反之越亮，還有負數，負得越多恒星就越亮。每一個等級亮度相差2.512倍，因此等級之間的亮度差就是2.512倍的指數。如1等星與6等星之間差5等，亮度就相差2.512的5次方倍，約為100倍。

絕對星等是恒星的絕對亮度，理論上是将恒星放在10秒差距的同一起跑線上來對比其亮度，因此絕對星等是恒星的真實亮度。秒差距是宇宙天體距離單位，1秒差距約3.26光年，10秒差距就是32.6光年。

目視星等簡稱視星等，是人類肉眼看到恒星亮度的感受（包括望遠鏡看到亮度的換算）。由于恒星有遠有近，人眼看到的亮度就不能代表恒星的真實亮度，絕對亮度更大的恒星，由于距離更遠，看起來會反而更暗；而絕對亮度不大的恒星，由于其距離很近，卻會更亮。

比如太陽的絕對星等為4.83等，目視星等為-26.74等；天狼星A的絕對星等為1.42等，目視星等為-1.47等。從這兩顆恒星的絕對星等比較，天狼星比太陽要亮約23倍多，但目視亮度天狼星與太陽就完全無法比較了。

太陽巨大遙遠令人無法直視，天狼星隻是一顆星星，太陽的目視星等亮度比天狼星大128億倍。這是因為太陽距離我們隻有1.5億千米，而天狼星則有8.6光年，是太陽距離的6萬多倍。如果将天狼星移至太陽位置，其亮度将達到-30等，依然是太陽約23倍。

絕對星等與視星等之間的換算關系公式為：m=M-5log(d0/d)或M=m 5log(d0/d)。前面公式是已知絕對星等換算出目視星等，後面公式是已知目視星等換算出絕對星等。式中，m表示目視星等，M表示絕對星等，d0為10秒差距（32.6光年），d為天體實際距離。

從公式裡，我們還可以看出，絕對星等與目視星等的關系與距離成比例關系，這樣既然從光譜類型可以得到恒星的絕對星等，又可以通過肉眼或望遠鏡确定恒星的視星等，就能換算出恒星與我們的實際距離了。

光譜紅移或藍移法，基于凡是以波方式運動的物體，都有一個多普勒效應。就是波源向我們靠近時，波長會被壓縮縮短，頻率會變高；反之波長會被拉長，頻率變低。對于光波來說，紅光的波長更長，籃紫光的波長更短，因此光波波源遠離我們的時候，光譜線就會向紅端移動；反之向藍紫端移動。

這就叫光譜的紅移和藍移。紅移說明光源正在遠離我們，藍移說明光源正在靠近我們。科學家們通過測量恒星光譜的紅移或藍移值，就能夠得到這顆恒星離開或靠近我們的速度有多快。

紅移和藍移值與速度呈正比例關系，值越大，說明速度越快。

現代标準宇宙模型理論認為，宇宙正在膨脹，且各向同性，遠方的星系和恒星都在遠離我們而去，速度與距離成線性正比，就是越遠的星系離開速度越快，發現這個規律的天文學家埃德溫·哈勃創立了哈勃定律，表述為：V= H*D。

這個公式裡的V表示遠方星系離開我們的速度，H為哈勃常數，D為星系與我們實際距離。由此，如果從光譜紅移得到恒星離開我們的速度，就能通過哈勃常數計算出恒星與我們的距離，反之亦然。

哈勃常數是指在百萬秒差距位置，星系離開我們的速度。歐空局在2013年通過普朗克衛星測得的哈勃常數為67.80千米/秒，也就是在326萬光年的地方，星系以每秒約67.8千米的速度遠離我們。

這樣通過紅移值計算出某顆恒星離開我們的速度為每秒1000千米，根據哈勃定律，可以計算出這顆恒星距離我們為：1000/67.8*3260000≈4808萬光年。

不過利用光譜紅移計算距離隻适用于326萬光年以上的距離，因為宇宙膨脹是在大尺度範圍的膨脹，在小尺度範圍，宇宙膨脹效應不明顯，天體主要還是受引力約束，還會相互靠近。如仙女星系與銀河系就由于相互巨大引力而以每秒約300千米速度靠近，預計在30~40億年之間會發生碰撞融合。

總之，恒星光譜是每顆恒星的指紋和身份證，其中蘊含着許多恒星信息。科學家們通過對恒星光譜的分析，就能夠給每一顆恒星建立身份檔案。對此，你怎麼看？歡迎讨論，感謝閱讀。

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