彩虹中的全部色彩

虽然通过观测正在取得新的知识，但天文学家们这时还是感到有些沮丧。如果人类能观测到的太阳系之外的东西只有一些成团的光点，那么仅仅通过观测似乎难以了解关于宇宙的更多的东西。也许到此就达到人类所能得到知识的极限了。这可真是虽然冷静但又有些可怕的想法。

（左图）当越来越强大的望远镜窥探比近邻恒星更远的星空时，它们开始时看到的全部东西似乎都不过是越来越多的恒星而已。但是有些光点看起来并不是一颗恒星形成的精确的小光点，而是不那么规则的模糊光斑。托马斯·赖特（1711—1786）画出了这些想象中的星群（右图），来说明他对这些恒星如何聚集成群并形成看起来像一个模糊光斑的想法。

然而就在这个时候，有另外一些科学家在他们的工作中取得了很重要的进展，尽管他们当时并没有意识到他们的工作和宇宙有什么关系。1816年，德国的玻璃透镜制造家约瑟夫·冯·夫琅和费，在慕尼黑附近的实验室中测试他用来制造透镜的光学玻璃的特性。他发现，在使用人造光源时，会有一些不寻常的现象出现。于是他想看一看若是用太阳光作光源，在太阳光被折射后的多色光谱中会不会有相同的现象发生。太阳光被折射后会产生彩色的光谱，这是牛顿在100多年前就已发现的现象，也是今天小学里仍在讲授的初级物理知识。办法是通过一块三棱镜，一束光就会被分解成不同波长的光而组成光谱。光谱是明亮而多彩的光带，一端是红色和橙色，接下来是黄色、绿色、蓝色，一直到另一端的紫色。夫琅和费当初是想通过观察光谱来测试他的光学玻璃是否有缺陷，开始他用的是人造光源（给金属钠加热使其发出黄光）。他注意到，在被折射后的钠黄光光谱中出现了两个神秘的缺口——暗线，而且，暗线出现的位置在每次实验中都是相同的。因为黄光只是光谱的一部分，于是夫琅和费很想知道，在太阳的多色光谱中是否也会出现这种暗线。在他的测试透镜的精密实验条件下，他不仅观察到了彩虹般的光谱，还看到了整个光谱中都存在的许许多多的清晰的线，其中有明显的暗线，还有一些不太清楚的比较淡的亮线。在普通学校的实验室的条件下它们可能不能被观察到，但是夫琅和费却有条件清晰地分辨出它们。

接下来，夫琅和费试着分析除钠以外其他一些化学元素加热以后所发出的光。一些暗线依然出现了，只不过出现的位置有所不同。夫琅和费当时还弄不清楚是什么原因造成了这种位置的不同，但有一点可以肯定的是，对于一种元素来说，它的暗线系统与另一种不同的元素所发出光的暗线系统是不一样的。这种暗线系统实际上有点相似于今天在超级市场中用来标明商品价格和说明的条形码。可惜夫琅和费当时不知道，叠加在多色光谱之上的亮线和暗线构成的每一种图样，就是被加热发光的元素的光“指纹”，通过“指纹”就可以证认出相应的元素。当时夫琅和费所知道的，仅仅是这些暗线的存在，并且为了科学目的而应该公布这些实验结果。

（上）帕森斯画出了涡状星系的草图，但那时他不知道这是什么。

（下）新近的照片表明帕森斯多么准确地画出了他所看见的东西。

现在我们知道，实际上这些谱线是特定波长的光。一种元素或者吸收这种特定波长的光——那它就制造了光谱中的暗线；或者发出这种特定波长的光——那它就产生出光谱中的亮线。这完全取决于每种元素的亚原子结构和该元素对输入的能量的响应方式。但以上这些对理解夫琅和费的发现还不是最重要的。最重要的是，在被折射后的光谱中，存在着可以辨别发出这些光的化学元素的“指纹”（即那些吸收线或发射线。——译者）。只要对“指纹”进行辨认，就可以鉴别出在发光物质中都有哪些元素。

夫琅和费并不是唯一的一个不能立即理解自己做出的发现的意义的人。到了1880年前后，威廉·哈根斯才认识到，这些“夫琅和费线”就是各种元素的特征“指纹”，可以作为鉴别一种元素的特征谱线。哈根斯还进一步指出，这种方法可以用于分析来自太阳和恒星的光，从而可以知道太阳和恒星是由何种成分组成的。当哈根斯分析和比较了太阳和恒星光的谱线之后，发现二者中都有清晰的氢和氦的特征线。于是他自然而然地得到了这样的结论：太阳和恒星主要是由氢和氦组成的，这一点二者颇为相似；而且，在太阳和恒星上氢和氦正在以某种方式发生反应或燃烧，这就像一盏极其巨大的夫琅和费用过的那种灯，在不断地向外发出光和热。

使用爱尔兰中部比尔城堡中巨大的“勒维汉”望远镜，威廉·帕森斯成为在天空中观测到旋涡状天体的第一人。

哈根斯的发现当然具有重要的科学意义。可是他的发现还有更重要的哲学上的意义，即太阳和恒星实际上没有什么差别。换句话说，他的发现在贬低人类的地位方面比伽利略证实“地球不是宇宙的中心”的观测结果更加厉害。位于太阳系中心的太阳，在宇宙中绝不是独一无二的，它只是一颗普通的恒星，只是亿万颗恒星中的一颗，而且也主要由氢和氦组成，氢和氦在其上以某种方式在发生反应，并且不断地发出光和热。看来，我们在一个无限的宇宙中的位置是既随机而又平凡无奇的。

这一次，无论是天主教会还是基督教的其他教派，都不想质疑这个科学结论了。既然科学把人类贬低到与上帝相比更加无足轻重的地位，那么它只会加强上帝的令人敬畏的力量和无边的智慧。而对于很多已经对任何一种宗教信仰的正确性有所怀疑的科学家来说，哈根斯的发现说明，科学完全独立于宗教，而要全面理解宇宙的机制单独依靠科学研究就能做到。在科学上可能没有给“创世说”留下存在的余地。宇宙是稳定、无限、永恒的，并且可能一直是这样存在着的。而带着各种偏见、宗教信仰和自我肯定的人类，只不过是已经得到科学解释的自然现象的令人惊奇的结果之一。一些科学的思想家开始承认无神论，他们不相信神的存在，认为无神论才是理性的、正确的信仰。