新春佳节|烟花绚烂色彩的背后，隐藏着太阳元素组成的秘密新春佳节

新春佳节，色彩缤纷、造型各异的烟花在夜空中绽放，烘托出喜庆的节日氛围。在欣赏绚烂烟花的同时，你可能想象，人类研究太阳上元素组成的科学历程，其实就和烟花发出的丰富色彩有关？

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绚丽的烟花|WikimediaCommons
烟花能展现出五彩缤纷的颜色，来源于制造过程中加入的特定金属化合物（或称金属盐）。这些金属盐在燃烧时会发生焰色反应，呈现出特殊的颜色。金属离子不同的化合物在燃烧时，火焰的颜色也不同，比如钠盐发黄光，锶盐发红光，钡盐发绿光等等。因此，人们很早就用焰色反应来定性分析化合物的组成。

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元素的焰色反应能产生特殊的颜色|参考资料[5]
那么，焰色反应怎么会和太阳的组成联系在一起呢？这要从物理学家对太阳光的研究说起。
1666年，艾萨克?牛顿(IssacNewton)在家休假时进行了光的色散实验。他布置了一间暗室，在窗板上开了一个小圆孔，在小孔前放上三棱镜。他发现穿过小圆孔的太阳光在透过三棱镜后会发散，形成像彩虹一样的光斑。色散实验证明太阳光并不是单色光，而是有多种颜色的光组成的。牛顿将色散形成的色带称为光谱(spectrum) ，一门全新的学科也自此诞生——光谱学。

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色散实验表明太阳光是由多种颜色的光组成的|WikimediaCommons
将近100年后，来自苏格兰的托马斯?梅尔维尔(ThomasMelvill)将类似的实验方法用在了焰色反应上。 1752年，梅尔维尔将海盐、明矾等材料加入燃烧的酒精中，用棱镜观察火焰的颜色，发现在光谱中有位置固定的黄线。后来的威廉?塔尔博特(WilliamTalbot)等人在实验中发现，每种化学元素在焰色反应中会产生自身特有的光谱线，梅尔维尔的黄线实际上是钠元素的特征谱线，来源于材料中含钠元素的杂质。

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焰色反应产生的光谱线|参考资料[6]
焰色反应能产生和化学元素相对应的光谱线，而在1801年，英国化学家威廉?沃拉特森(WilliamWollaston)在太阳光谱中发现了神秘的暗线。沃拉特森改进了牛顿的实验，将太阳光经过的小圆孔改成了狭缝，色散后得到一条狭长光带。出人意料的是，这条光带并不是完全连续的，而是有7条非常窄的暗线。

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威廉?沃拉特森画像|WikimediaCommons
根据光的波动理论，每种颜色的光都有对应的波长(wavelength) ，波长就像光的身份证一样，一条光谱线就代表着具有某个波长的光。化学元素的焰色反应发出的光谱线有元素自身特有的波长，而太阳光谱中出现暗线，则意味着某些波长的光消失了。可惜的是，沃拉特森以为这些暗线只是颜色的分界线，并没有继续深究。
事实上，太阳光谱中消失的谱线远远不止7条，但是需要更精密的仪器才能发现。德国物理学家约瑟夫?冯?夫琅禾费(JosephvonFraunhofer)就是一位制作玻璃的天才，能制造出当时世界上最精密的光学仪器。他发明了第一台现代意义上的光谱仪，提高了对太阳光谱的分析精度，从而在太阳光谱中发现了多达574条暗线，并且对其中的主要暗线用A到K搭配数字做了标注。这些暗线后来也被称为夫琅禾费线(Fraunhoferlines) 。