每一種元素發出的光都有對應的波長，就如同人的指紋一樣。如果發現太陽光譜中的黑線對應的波長與地球實驗室裡測出的氫發出的光的某幾種波長相等，就可以判定太陽上有氫元素。根據這個原理，天文學家確認出太陽大氣中的上百種元素及其含量。上述原理不僅可以用於確定太陽中的元素與含量，還可以應用於其他恒星、星系、行星、天然衛星、分子雲以及各種各樣的天體爆發事件。只要我們能夠獲得這些天體或者天體系統的光譜，就可以根據它們的光譜中的吸收線——類似於太陽光譜中的黑線——的波長，判斷出它們含有哪些元素以及每種元素的含量。天體光譜就如同天體的指紋。
譜線紅移揭示宇宙奧秘
對天體光譜進行分析，不僅可以得到天體的化學組成信息，還可以判斷出天體的運動速度。光波和聲波一樣，遵循“多普勒效應”：波源與觀測者接近時，波被壓短，也就是“藍移”；波源與觀測者遠離時，波被拉長，也就是“紅移”。根據壓縮與拉長的程度，可以定量計算出波源靠近或者遠離的速度。
根據這個原理，天文學家將測出的光譜與實驗室裡元素發光的光譜比較，得到其紅移或者藍移的數值，進而計算出恒星與星系相對地球的運動速度。尤其重要的是，天文學家發現大多數星系在遠離地球，結合這些星系的距離，天文學家推斷星系的退行速度與距離成正比，這意味著宇宙在膨脹。倒退回去，宇宙起源於一個極小的點。它在100多億年前發生了大爆炸，然後開始膨脹。這些驚世駭俗的結論都是在光譜分析的基礎上得到的。
此外，如果一個恒星周圍有行星環繞，行星的引力將使恒星做橢圓運動，地球上的觀測者就可能探測到恒星運動導致的光譜紅移與藍移交替出現，從而判斷出這顆恒星周圍有行星。利用這個方法，天文學家發現了幾百顆太陽系外的行星，即系外行星。
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