关于光谱的研究最早可以追溯到伟大的科学家牛顿。他用三棱镜，将白光分解出彩色光带，并提出白光是由不同颜色的光组合而成的科学观点。听完基尔霍夫的解释，本生恍然大悟：将火焰发出的光透过三棱镜，它包含的不同颜色的光就会落到光谱上不同的位置，这样就将难以准确描述的“颜色”转换成了容易感知的“位置”。这一听就是个好想法！于是，一位化学家和一位物理学家展开了紧密合作。

一个天气晴朗的日子，物理学家基尔霍夫带上三棱镜和其他一些光学仪器，来到本生的实验室里，负责制造将不同颜色的光分开的“分光镜”。他的同伴，化学家本生，已经预备好了最纯净的化学物质，不让杂质干扰他们的分析。

待基尔霍夫安装好设备，本生将一点钠盐送进火焰灼烧，火焰随之变成了亮黄色。通过分光镜观察，基尔霍夫发现，钠的火焰的光谱中，黑色的背景上有两条明亮的黄线，其余便什么也没有了。本生换了几种钠盐，光谱还是不变。由此看来，这就是钠元素的特征谱线。基尔霍夫留意到：两条亮线的位置，恰好和太阳光谱中编号是D的两条暗线相同。

1814年，德国物理学家夫琅和费[13]仔细观察太阳光谱时，发现其中有一条条的暗线。他给其中一些主要的暗线按光谱上从红到紫的顺序用字母A到H标了出来。关于这些暗线的成因，当时找不到合理的解释。为了不打扰本生做实验，基尔霍夫暂时放下自己的疑问，继续观测。

本生接下来将其他种类的金属盐放到火上。基尔霍夫看到，锂盐给出了一条红线和一条橙线，锶盐则给出一条蓝线和几段红色光带（展宽的谱线）。表面上很难区分的两种火焰，在分光镜下却分得一清二楚！有了这样的突破，本生已经在欢庆胜利了。

他们将这几种元素的光谱详细地记录下来。从今以后，遇到未知的样品，只要放到火上烧一烧，再与记录下来的光谱相对照，就能立即知道样品中有没有这几种元素了。

收工之前，基尔霍夫决定再探讨一下“夫琅和费线”的问题。钠元素的特征谱线，在太阳光谱上是暗线，一明一暗，是不是说明太阳上缺少钠呢？基尔霍夫决定再做个实验，看看钠的黄光能不能“填”上太阳光谱中缺失的D线。一束明亮的阳光照进实验室，穿过钠的黄色火焰。当基尔霍夫用分光镜观察时，却大惑不解：两条暗线不但没被照亮，反而变得更黑了！

这个现象真的太奇怪了，基尔霍夫思考了一天一夜。待他摸索出暗线的形成条件，心中明晰起来。基尔霍夫提出：一种元素既发射自身特征谱线的光，也会吸收同样颜色的光。

如今，我们对原子结构有了深入了解，可以更好地表述基尔霍夫的发现：将元素放入火焰，元素原子外层电子会吸收能量，像跳台阶一样“跃迁”到能量更高的状态。不过，跃迁后的电子并不稳定，它们会马上回到之前的较低能量状态，这中间的能量差就以光的形式发射出来，即特征谱线。

如果将白光照到元素的气态原子上，原子上的电子会特别倾向于吸收该元素特征谱线的光，这是由于这种光和“台阶高度”相匹配。当然，这些原子还会将吸收的光再发射出来，不过这次的光发射向四面八方，大部分都到达不了我们的眼睛。所以在我们看来，特征谱线变暗了。

白光自太阳内部生出，穿过太阳大气时，太阳大气中的元素吸收了自身特征谱线的光，在光谱上留下了暗线。这样看来，太阳光谱中有暗线，正好说明太阳上含有钠！

基尔霍夫一讲，本生才意识到光谱分析法的厉害之处。牛顿证明宇宙中的天体和地球上的物体服从相同的运动规律，使得物理学统一了宇宙体系；但对于天体的化学成分，当时却知之甚少。观测光谱，不仅能分辨地球上的元素，还能让我们知道遥远的太阳上有哪些元素，而这一切都是在基尔霍夫小小的分光镜中看到的。

就这样，1859年秋，一位化学家和一位物理学家携手，共同发明了光谱分析法。

化学家本生看到了光谱分析法在发现新元素过程中的潜力。1860年，他们运用这一方法分析一种矿泉水时，发现分光镜中有两条美丽的蓝线。当时已知的元素都没有这样的谱线，所以他们断定，这一定是一种新元素，后来命名为“铯”。10年间，有5种新元素都是通过光谱分析法发现的，这为1869年元素周期律的提出积累了重要的研究资料。

光谱分析法的故事并没有到此结束，在我们的下一个故事中，还有光谱的“戏份”。

[13]夫琅和费：请注意此处是一个人名，音译自德语Fraunhofer。曾有同学学习物理时误认为这是两个人。