恒星层次的研究—天体物理学的建立
本世纪初，继第谷一开普勒一牛顿时期后，天文学再一次的重大突破反映在恒星演化理论的建立之上。在19、20世纪之交，人们已记录有6万颗恒星的位置与亮度，精确测量了数以千计的恒星的物理参量，建立了有关恒星亮度、光谱、颜色、位置及由位置微小变化所导出的“视差”与自行的定量标准。在此基础上，积累了近10万颗恒星的光谱分类资料。1905年，丹麦天文学家赫兹普龙（Hertzsprung，Ejnar 1873～1967）从拍摄的照片上发现恒星的颜色与亮度间的内在关系。这一现象还由美国天文学家罗素（Russell，Henry Norris 1877～1957）独立发现。赫兹普龙把这一关系表述在“光谱型—绝对星等图”中。他用横坐标表示恒星表面温度的对数，将纵坐标与恒星表面亮度的对数成正比，恒星的对应点居然大部分集中在一条斜线的附近，这就是后人所称的赫茨普龙-罗素图。
该图表明，恒星沿着一条生命线演化，这无疑是恒星内部物理结构以及各恒星间某种演化关系的反映。如果说在早期人们还没有意识到恒星研究与物理学之间有任何联系，赫兹普龙与罗素的发现却使人们开始意识到，恒星的演化必然遵循某些规律，这些规律一定与恒星结构及演化中从外界获得的关键物理信息有关，这无疑把恒星的研究导向了天体物理学方向。3．玻尔的氢原子模型与天体物理学进展①德国物理学家基尔霍夫（Kirchhoff， Gustav Robert 1824～1887）是较早注意到恒星颜色与亮度的人。1854 年，他在海德尔堡大学担任物理学教授时，便与本生（Bunsen，Robert Wilhelm E-berhard 1811～1899）共同研制成功第一台分光仪，并把它用于光谱学研究。1859年，他们用这种方法发现了铯元素，这一发现于1860年发表。1861 年又发现了元素铷。很快地，基尔霍夫又通过对太阳吸收光谱研究了太阳的化学组成，而且发现太阳某些元素的谱线具有一定的规律，特别是氢元素的谱线，随着波长的减小，靠得越来越近。
他还发现，钠光谱的亮双线位置上，恰好对应太阳光谱中夫琅和费标有D线的暗线位置上，他使用太阳光和钠光同时照射狭缝，希望能在纳线位置上得到补偿，不想暗线变得更暗了。这些实验使他得到了谱线吸收的基尔霍夫定律。对太阳光谱的研究成果，使基尔霍夫一举成名。基尔霍夫的财产保管人，一位银行家曾问基尔霍夫，“如果不能把太阳中的黄金取到地球上来，发现它又有何用呢？”当基尔霍夫因其研究成果被英国授予一枚奖章和一笔金镑，他把它们交给这位银行家保管时，曾风趣地说：“这不就是太阳的黄金吗？”事实上，“太阳的黄金”的价值远非如此，基尔霍夫研究的成果不仅使人们找到了获得“外部世界”信息的方法，它们也成为人们研究原子“内部世界”的向导。基尔霍夫对太阳谱线的研究引起了瑞士数学家和物理学家巴耳末（Balmer，Johann Jakob 1825～1898）的注意，巴耳末为氢元素谱线系的波长提出了一个简明的公式表述，这个公式发表于1885年。
由于他未给出这个经验公式的任何解释，在提出后的20年内，一直未引起人们的注意，直到玻尔把这个公式作为他提出的氢原子结构理论的证据时，人们才看到了巴耳末公式的重要性。1913年，玻尔以《论原子与分子的构造》为题，发表了三篇论文。在这些论文中，玻尔强调了他的基本观点，这就是当体系在不同定态间过渡时，不能应用普通的力学处理，这一过程伴随着辐射，辐射的频率与发射能量关系将由普朗克理论确定。根据这一准则，玻尔不仅建立了氢原子模型，而且进一步由此解释了谱线的结构。尽管玻尔的氢原子模型还太简单，尚不足以说明更复杂的原子结构，也不能说明谱线的精细结构，尽管这一理论还需做出进一步的修正，但仍不失为用原子结构解释谱线，又反过来用谱线解释原子结构的首次成功的尝试。
早在玻尔开始研究原子结构以前，原子光谱就不仅是实验物理的热门课题，而且也是天体物理学的重要课题。当人们通过普通光源实验观察到12条巴耳末线系时，就已经在星体光谱中见到33条了。对玻尔理论发展的促进也正是来自天文学。1896年，美国天文学家皮克林（Pikering，Edward Charles 1846～1919）与其弟亨利·皮克林在秘鲁他们共同修建的天文台观测到了一组特殊的星系谱线，它们不能应用玻尔理论解释，这些谱线后被称为皮克林谱线。为此，玻尔又大胆地断言，巴克林谱线系不是属于氢而是属于氦的，玻尔用一个公式，
夫琅和费所观察到的太阳光谱暗线共576条，统称为夫琅和费暗线。他把其中比较明显的暗线用字母加以标识，并应用衍射原理计算出这些暗线对应的波长。他首次使用光栅作为色散装置，并注意到一些其它恒星光谱中暗线的位置并不完全与太阳的相同，但这一发现并未引起当时人们的重视。在夫琅和费发现的100年以后，德国天文学家魏茨泽克（ Weizsacker， CarlFriedrich，Baron Von1912～1938）又独立地发展了恒星能源机制的理论。他认为，形成太阳系的原始尘埃并不像康德-拉普拉斯最初提出的那样，只是一种单一的系统，而是一种涡旋系。这种涡旋系逐步演化为一种较稳定的同心圆环状体系。每个圆环内还有数个涡旋，环与环之间，涡旋与涡旋之间还有一些次级的涡旋，行星即在其中形成。魏茨泽克这一理论的重要思想是，认为行星的形成乃是恒星演化中的一个组成部分，宇宙间的行星系统是伴随众多恒星而形成的。1937年，魏茨泽克提出了关于太阳辐射能源机制的解释。
该图表明，恒星沿着一条生命线演化，这无疑是恒星内部物理结构以及各恒星间某种演化关系的反映。如果说在早期人们还没有意识到恒星研究与物理学之间有任何联系，赫兹普龙与罗素的发现却使人们开始意识到，恒星的演化必然遵循某些规律，这些规律一定与恒星结构及演化中从外界获得的关键物理信息有关，这无疑把恒星的研究导向了天体物理学方向。3．玻尔的氢原子模型与天体物理学进展①德国物理学家基尔霍夫（Kirchhoff， Gustav Robert 1824～1887）是较早注意到恒星颜色与亮度的人。1854 年，他在海德尔堡大学担任物理学教授时，便与本生（Bunsen，Robert Wilhelm E-berhard 1811～1899）共同研制成功第一台分光仪，并把它用于光谱学研究。1859年，他们用这种方法发现了铯元素，这一发现于1860年发表。1861 年又发现了元素铷。很快地，基尔霍夫又通过对太阳吸收光谱研究了太阳的化学组成，而且发现太阳某些元素的谱线具有一定的规律，特别是氢元素的谱线，随着波长的减小，靠得越来越近。
他还发现，钠光谱的亮双线位置上，恰好对应太阳光谱中夫琅和费标有D线的暗线位置上，他使用太阳光和钠光同时照射狭缝，希望能在纳线位置上得到补偿，不想暗线变得更暗了。这些实验使他得到了谱线吸收的基尔霍夫定律。对太阳光谱的研究成果，使基尔霍夫一举成名。基尔霍夫的财产保管人，一位银行家曾问基尔霍夫，“如果不能把太阳中的黄金取到地球上来，发现它又有何用呢？”当基尔霍夫因其研究成果被英国授予一枚奖章和一笔金镑，他把它们交给这位银行家保管时，曾风趣地说：“这不就是太阳的黄金吗？”事实上，“太阳的黄金”的价值远非如此，基尔霍夫研究的成果不仅使人们找到了获得“外部世界”信息的方法，它们也成为人们研究原子“内部世界”的向导。基尔霍夫对太阳谱线的研究引起了瑞士数学家和物理学家巴耳末（Balmer，Johann Jakob 1825～1898）的注意，巴耳末为氢元素谱线系的波长提出了一个简明的公式表述，这个公式发表于1885年。
由于他未给出这个经验公式的任何解释，在提出后的20年内，一直未引起人们的注意，直到玻尔把这个公式作为他提出的氢原子结构理论的证据时，人们才看到了巴耳末公式的重要性。1913年，玻尔以《论原子与分子的构造》为题，发表了三篇论文。在这些论文中，玻尔强调了他的基本观点，这就是当体系在不同定态间过渡时，不能应用普通的力学处理，这一过程伴随着辐射，辐射的频率与发射能量关系将由普朗克理论确定。根据这一准则，玻尔不仅建立了氢原子模型，而且进一步由此解释了谱线的结构。尽管玻尔的氢原子模型还太简单，尚不足以说明更复杂的原子结构，也不能说明谱线的精细结构，尽管这一理论还需做出进一步的修正，但仍不失为用原子结构解释谱线，又反过来用谱线解释原子结构的首次成功的尝试。
早在玻尔开始研究原子结构以前，原子光谱就不仅是实验物理的热门课题，而且也是天体物理学的重要课题。当人们通过普通光源实验观察到12条巴耳末线系时，就已经在星体光谱中见到33条了。对玻尔理论发展的促进也正是来自天文学。1896年，美国天文学家皮克林（Pikering，Edward Charles 1846～1919）与其弟亨利·皮克林在秘鲁他们共同修建的天文台观测到了一组特殊的星系谱线，它们不能应用玻尔理论解释，这些谱线后被称为皮克林谱线。为此，玻尔又大胆地断言，巴克林谱线系不是属于氢而是属于氦的，玻尔用一个公式，
夫琅和费所观察到的太阳光谱暗线共576条，统称为夫琅和费暗线。他把其中比较明显的暗线用字母加以标识，并应用衍射原理计算出这些暗线对应的波长。他首次使用光栅作为色散装置，并注意到一些其它恒星光谱中暗线的位置并不完全与太阳的相同，但这一发现并未引起当时人们的重视。在夫琅和费发现的100年以后，德国天文学家魏茨泽克（ Weizsacker， CarlFriedrich，Baron Von1912～1938）又独立地发展了恒星能源机制的理论。他认为，形成太阳系的原始尘埃并不像康德-拉普拉斯最初提出的那样，只是一种单一的系统，而是一种涡旋系。这种涡旋系逐步演化为一种较稳定的同心圆环状体系。每个圆环内还有数个涡旋，环与环之间，涡旋与涡旋之间还有一些次级的涡旋，行星即在其中形成。魏茨泽克这一理论的重要思想是，认为行星的形成乃是恒星演化中的一个组成部分，宇宙间的行星系统是伴随众多恒星而形成的。1937年，魏茨泽克提出了关于太阳辐射能源机制的解释。
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