在别的星球上

在谈论其他星球之前，我们必须首先强调天文科学的发展以及当前采用的研究方式和方法，否则我们将无法展开这一话题，更遑论书中呈现的各种描述，况且乍看之下，人们可能会斥责这一主题是虚诞的天方夜谭，但重要的是，自古以来它一直吸引着人类前仆后继，这些先驱先后带来他们对星辰这一永恒问题苦苦追索后的回答。我们更要承认的是，当今时代给出的所有答案都是建立在直接观察、计算测量以及现代科学技术应用的理性基础之上；而当这些研究并未给某一事态提供一手资料之时，我们可以将其与经验进行对照，获得想要的结果。
*终的胜利可能尚未来临——远远没有。任何断言都是在忽视进步；但可以肯定的是，每一天，我们关于天体的认识都在不断清晰、不断补全。尽管如此，尽管待探索的领域还如此广袤，但可以这么说，我们合情合理的好奇心已经得到了满足。这并不意味着我们现在已经有能力揭开其他世界本质的“面纱”，而是我们已获取的知识足以对它们进行相当完整的描述。我们不用进入简单灵活但缺失根据的猜想假设就能够谈论它们。这一广阔多变的想象领域终会被抛弃，我们将驻扎在精确知识为我们打开的绝对领域内。在书中介绍天文发现的演变范围及其酝酿出的概念领域，可能会偏离本书的性质，但在主线中回顾这漫长精彩的一路至关重要，因为这漫漫数世纪的求索使得20 世纪的天文学家们更加清楚地了解宇宙、接近真相。 第二章 天文学的研究方法与工具
人类凭借其数学天赋或观察力及其推理能力，再加上某些应用于确定天体运动的测量元素，可以严密地描绘出宇宙天体的排列布局，并且从这一宇宙观合乎逻辑地推演出：与地球的运动一样的天体可能与地球有些许类同。事实上，在长达数百年的时间里，天文学研究方法不得不仅限于上述领域的种种努力，借助刻度尺或刻度圈等工具来保证照准相对精确；人们正是如此来记录角度、提供数据的，太空中一些方位的确定成为了可能。
但对星球及其特点的深入了解已不再属于人类用感官感知的范畴，而后者却是了解星球唯一的可能途径。尽管人类的视力非常敏锐，其灵敏度和适应性也格外出色，但在很多方面仍然无法带来有用的发现，即使是观察离我们*近的行星，比如用肉眼观察地球的邻居。古人可以熟练使用长管瞄准一点进行观察，毫无疑问这会在一定程度上增强人类视觉的敏锐度——长管可以聚焦视线，有了它，眼睛就不会被其他更强的光线或天光所干扰，可以更好地辨别某些天体，但这种工具的用处只是相对的，如果某些细节需要看得更加清楚才能分辨出来，这一方法可以说徒劳无功，它也无法显现那些因天体表面面积太小而看不见的景象。这种工具赋予了人类双眼放大物体的能力，让所看见的东西比正常情况下大10 倍，但它的作用是受限制的。请注意，古代的天文学家借助这种工具，依然观测到了月球表面的某些特征，看到了不同时期月牙状的金星，还发现了木星的卫星（不同于天上的繁星，木星看起来就像一个小圆盘）。毋庸置疑，这种方法的运用的确大大促进了基础认识的发展，却无法得到只有光学仪器才会带来的发现。
对天外世界的真正研究起始于望远镜的发明。这一发明尽管非常简单，却蕴含了多少希望！对于这些光学仪器的发明时间以及发明者，人们依然众说纷纭，但我们不能忘记天才伽利略用他自制的望远镜所做出的贡献，目前该望远镜被珍藏在佛罗伦萨博物馆内。1610 年1 月7 日晚，这只新眼睛望向深远的天空，看到了许多当时肉眼看不见的奇观。 光谱分析
上文已经提及，我们眼中的白光事实上是由多种辐射集合形成的，这些辐射分别产生了不同的色彩感觉。我们已知棱镜可以分解这一色彩混合体，因为每一种透过棱镜的辐射均以不同方式被折射出去；穿过棱镜的单束光在出口处分散形成一片彩虹，或者说光谱，光谱上色彩的顺序恒定不变：红、橙、黄、绿、蓝、靛、紫。说实话，这些经典色彩之间并非泾渭分明，而是通过色彩与色彩间的过渡奇妙地融为了一体。如果我们承认光是由频率惊人的振动引起的，就可以简单地将光谱波段比作拥有无数琴弦的钢琴音板，人类视网膜所感受到的每一种波长均与音板上的琴弦相对应：振动频率*慢的一系列波长就像低音，产生了红色，随后振动加快，逐渐产生橙色、黄色……一直到人类可感知的由*快的振动所产生的紫色系列；在透过棱镜进行折射时，紫色偏折*大，红色偏折*小。此外，我们刚刚提到的波段仅包括人类视力所能感知到的振动，实际上，光谱波段非常广阔，我们无法确定它的边界。各种物理手段已使探索并记录光谱中被命名为红外线和紫外线的隐形部分成为可能。我们将继续关注这些辐射的特殊属性。
我们现在已经知道了原理，就来看看如何用光的分解来研究天体的化学成分和特性吧。
光谱分析是在由以下几个基本元素组成的分光镜下进行的：待分析的光集中于准直透镜焦点上的狭缝内，准直透镜可以将单束光分散为平行光线；平行光线被准直透镜的棱镜分散出去，随后被第二块透镜收集起来，在透镜焦点处形成了由一系列狭缝状的图形组成的图像，每个狭缝图形都对应于一种辐射。重复前面的对照后，我们可以想象出一条由连续不间断的谐波和弦组成的频带。这就是纯粹的连续光谱。
连续光谱是由任何白炽的固体或液体物质所发出的光或是被反射出去的这种光所形成的。如果白炽物质是气态的，那么它发出的光会形成不连续光谱，不连续光谱由亮线组成，这些亮线占据了对应波段范围的位置，仅仅呈现对应于该位置的部分光谱色彩。仍用钢琴比喻的话，这些亮线仅代表特定的几根琴弦，只有当所有琴弦的振动都产生时，才形成音板，也就是连续光谱。如果该气态物质被放在更明亮的光源前，它显示出的不再是特有的亮线，而是暗线，这些暗线清楚地出现在连续光谱间的相应位置上。太阳光谱的外观上就会出现这种现象——固体或液态白炽物质所发出的光形成的明亮的彩虹区域形成了太阳的表面，而当光穿过太阳表面上方的气态层或蒸汽层时，就会形成我们观察到的暗线。
我们用慕尼黑光学家夫琅和费的名字来为这些宽度不一的谱线命名，即夫琅和费谱线，夫琅和费是**个通过实验将这些暗线凸显出来的人。在此之后，两位德国物理学家基尔霍夫和本生发现了连续和不连续光谱的产生条件，他们还认识到，根据谱线的性质与位置，可分析生成它的物质的本质特征，这一发现使他们享有比前者更大的声誉。不同物质拥有各自特定的光谱，如此一来，我们*终就有可能通过实验分析发现那些原本触及不到的物质的存在。
以上便是光谱分析的一般原理。此处的叙述虽然简单，却能让我们更好地理解宇宙化学是如何给天文学带来了惊人的进展。尽管如此，我们还是必须指出，这种研究方法提供的信息固然有可能使对其他星球外表的直接观察结果得到补充，但在取得新的突破之前依然受到诸多限制。视觉观察领域与摄影观察领域也是如此，在彻底解决行星问题方面——其中行星的构成及其物理环境更是这项工作的目标——总有一些困难横亘在眼前。 每一条谱线对应相应的化学元素，因此知道谱线也就能知道是哪种化学元素。1814 年，夫琅和费发明了分光仪后陆续测绘了 574 条太阳谱线，而基尔霍夫和本生则在此基础上确定了每条谱线所对应的化学元素。