揭開萬物奧秘的鑰匙上個禮拜，我們分析了玻璃為什麼是透明的，瞭解到原子的內部結構，以及原子與光子在微觀層面的相互作用。我們還搞明白了，原來眼睛看到的物質反射出來的光與最初射入物質的光，有著根本性的差別。所謂反射光，在量子層面解釋，其實是由於構成物質的原子或分子在吸收一定的光能之後，原子中的電子被激發到較高能級又瞬間落回基態而產生的光能。當然了，在微觀層面， 分清楚同一屬性的兩個量子，是不可能的，不像宏觀層面，即使兩個看起來一模一樣的桌子，仍然是兩個各自獨立的桌子，而在微觀層面，如果是屬性一樣的兩個微粒，可真就是一樣了。
量子世界
基於這個原理，科學家作出了進一步研究，發現不同的原子被激發之後，其發射或反射光線的光譜是不一樣的。氫原子是自然界最簡單的原子，由一個質子和一個電子組成。最早由物理學家玻爾，在原子結構中引入量子化，解釋了氫原子光譜。
氫原子
氫原子光譜，指的是氫原子內的電子在不同能級躍遷時所發射或吸收不同波長、能量之光子而得到的光譜。他發現氫原子光譜為不連續的線光譜。所謂線光譜，就是說光譜中的亮線是不連續的。而氫原子的線光譜，完全是其所獨有的，其他物質也一樣。不同的原子吸收不同波長的光，每種原子都有獨特的吸收、發射光譜。
不同物質的光譜
也就是說，原子光譜就好像原子的指紋一樣，獨一無二。通過指紋，我們可以判斷一個人的身份；同樣地，通過原子光譜分析，我們可以判斷這是屬於哪一種元素。
指紋
這個發現令人欣喜若狂，就好像找到了一把揭開萬物奧秘的鑰匙。科學家不僅僅可以通過光譜判斷元素類型，反過來還可以通過光譜來發現新的元素。比如氦這種元素，最早是在太陽光譜中發現的。當時在光譜中發現了一條地球上所有已知元素都沒有的譜線，科學家認為這一定是一種新元素。後來將這種元素命名為氦，英文名是Helium，源自希臘神話中的太陽神Helios。
太陽
除了線光譜以外，還有帶狀光譜和連續光譜。帶狀光譜主要產生於分子，由一些密集的某個波長範圍內的光組成；連續光譜則主要產生於白熾的固體、液體或高壓氣體受激發發射電磁輻射，由連續分佈的一切波長的光組成。比如太陽光的光譜，就屬於連續光譜：
太陽光光譜
天體光譜分析迫於現在的科學技術水平，人類還沒有辦法駕駛著宇宙飛船在星際到處轉悠，迄今為止人類最遠落腳的地方，也就月球了，連鄰居火星都還沒去過——聽起來略淒涼。但是沒有關係，通過光譜這種“原子指紋技術”，就可以分析恆星的物質構成。實際上，迄今關於恆星本質的知識，幾乎都是從光譜研究中得到的。於是應用光譜學就這麼誕生了。通過下圖，大家可以瞭解到，科學家是如何通過望遠鏡，再到棱鏡，再對光譜進行分析的。比如氫元素和鈉元素的光譜表現，就完全不同。
天體光譜分析
是不是感覺，自己分分鐘可以搬一些相關儀器，跑到山上一顆一顆地分析天上星星的元素組成了？其實，科學家早就分析過了。絕大多數恆星的元素豐度基本相同：氫最豐富，按質量計約佔71％；氦次之，約佔27％；其餘元素約合佔2％。如果是這個比例，我們稱這顆恆星為正常豐度。有少數恆星的元素豐度與正常豐度不同，如果不同的，可能是一顆年輕恆星，也可能是老年恆星，總之這個與它的年齡有關。應用光譜學的妙用：農業生產應用光譜學，還可用於農業生產應用。我們瞭解到太陽光具有明顯的生物效應，植物在太陽光作用下可發生合成作用，動物皮膚在太陽光作用下維生素D發生轉換作用；紅外線具有巨大的熱效應，紫外線有明顯殺菌作用等。因此，在不具備太陽光照射條件的農業基地（包括種植、畜牧等），人們人為的製造一種接近太陽光的光譜照射，可達到同樣的效果。甚至根據不同的作物，定向地採取不同光譜的照射方法，比如研究發現橘紅光部份有最大的光合作用能力，而可見光中的藍、紫和青光，則可以促進花青素的形成，紅光又可以促進二氧化碳的分解和葉綠素的形成。這種採取室內輔助照明，來實現農作物增產增收的技術，在現代農業已經非常普遍，常見的人造光光源，有高壓鈉燈（HPS）、特製LED燈、以及其他金屬鹵素燈等。可見瞭解掌握先進科技，不僅可以拓寬視野，還可以增產增效，賺大把大把的鈔票。
關於物質的光譜我們今天就先聊這麼多，希望本文探討的原子光譜分析有關知識，對大家不管是日常工作還是學習愛好，有所啟發、有所幫助。最後，推薦一本手冊，方便大家作進一步瞭解。
