第2章 光谱

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在很多年前，楚迁研究地物光谱，检测腾河区域的地形地貌变化。观察哪个地方植物减少或增多，哪个地方山丘上升或下降，哪个地方的水域变宽或者变窄。

光谱是复色光经过色散系统（如棱镜、光栅）分光后，被色散开的单色光按波长（或频率）大小而依次排列的图案，全称为光学频谱。简单地说，就是人眼可见的七色光：红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，以及不可见的红外线、紫外线和X光等经过分离显示出的数据。

地物光谱特征是自然界中任何地物都具有其自身的电磁辐射规律，如具有反射，吸收外来的紫外线、可见光、红外线和微波的某些波段的特性，它们又都具有发射某些红外线、微波的特性；少数地物还具有透射电磁波的特性，这种特性称为地物的光谱特性。

不同地物对入射电磁波的反射能力是不一样的，通常采用反射率来表示。当电磁辐射能到达两种不同介质的分界面时，入射能量的一部分或全部返回原介质的现象，称之为反射。当入射电磁波波长一定时，反射能力强的地物，反射率大，在黑白遥感图像上呈现的色调就浅。反之，反射入射光能力弱的地物，反射率小，在黑白遥感图像上呈现的色调就深。在遥感图像上色调的差异是判读遥感图像的重要标志。

当电磁波入射到两种介质的分界面时，部份入射能穿越两介质的分界面的现象。称为透射。透射的能量穿越介质时，往往部分被介质吸收并转换成热能再发射。一般情况下，绝大多数地物对可见光都没有透射能力。红外线只对具有半导体特征的地物，才有一定的透射能力。微波对地物具有明显的透射能力，这种透射能力主要由入射波的波长而定。因此，在遥感技术中，可以根据它们的特性，选择适当的传感器来探测水下、冰下某些地物的信息。

在穹城时，楚迁认识了奇岩梁。当时奇岩梁还在问他，各种物质是怎么检测到的。例如，植物怎么检测的？

由于植物均进行光合作用，因此各类绿色植物具有很相似的反射波谱特性：在可见光波段0.55mm，也就是绿光的附近有反射率为10%-20%的一个波峰；在近红外波段0.8-1.0mm间有一个反射的陡坡，至1.1mm附近有一个峰值，形成植被的独有特征。

土壤怎么检测的？

土壤的反射波谱特性，没有明显的波峰和波谷。土质越细反射率越高，有机质含量越高含水越高，反射率越低。

水域怎么检测的？

水体反射主要是在蓝绿波段，其他波段吸收都很强，近红外吸收更强。

在经过穹城的时候，楚迁发现穹城附近的光谱比较特别。但是当时所用仪器精度并不是很高，所以还不能够确定具体的位置。

楚迁在穹城居住了一段时间。谱线对应的不是普通的岩石和土壤。有比较明显的变化。

谱线特殊实际是因为聚能场的影响。刚开始不知道是聚能场的原因。

聚能场损坏之后，地物光谱又恢复了原样，看不出有什么异常。

电磁波波长从短到长，依次有X射线、紫外线、可见光、红外线、微波、无线电波等。

无线电波用于通信等。微波用于微波炉。红外线用于遥控、热成像仪、红外制导导弹等。可见光是所有生物用来观察事物的基础。紫外线用于医用消毒,验证假钞,测量距离,工程上的探伤等。X射线用于CT照相。伽玛射线用于治疗,使原子发生跃迁从而产生新的射线等。无线电波用于无线电广播，在无线电广播中，人们先将声音信号转变为电信号，然后将这些信号由高频振荡的电磁波带着向周围空间传播。

楚迁在分析腾河附近地貌的同时，也在研究，电磁是否影响光。他查阅了一些资料，磁场影响光，主要有这样几种可能：法拉第效应、塞曼效应、克尔效应。

法拉第效应（法拉第旋转，磁致旋光）是一种磁光效应，是在介质内光波与磁场的一种相互作用。法拉第效应会造成偏振平面的旋转，这旋转与磁场朝着光波传播方向的分量呈线性正比关系。1845年法拉第发现当线偏振光在介质中传播时，若在平行于光的传播方向上加一强磁场，则光振动方向将发生偏转，偏转角度与磁感应强度和光穿越介质的长度的乘积成正比。

楚迁想，可能是偏振光受到聚能场电磁场作用，使得偏转角变化。

荷兰物理学家塞曼发现，原子光谱线在外磁场发生了分裂。随后洛仑兹在理论上解释了谱线分裂成3条的原因。这种现象称为“塞曼效应”。进一步的研究发现，很多原子的光谱在磁场中的分裂情况非常复杂，称为反常塞曼效应。完整解释塞曼效应需要用到量子力学，电子的轨道磁矩和自旋磁矩耦合成总磁矩，并且空间取向是量子化的，磁场作用下的附加能量不同，引起能级分裂。在外磁场中，总自旋为零的原子表现出正常塞曼效应，总自旋不为零的原子表现出反常塞曼效应。塞曼效应证实了原子磁矩的空间量子化。利用塞曼效应可以测量电子的荷质比。在天体物理中，塞曼效应可以用来测量天体的磁场。

楚迁想，可能是光谱线在聚能场的磁场作用下发生了分裂。利用塞曼效应也可以进行天体的检测。

克尔发现，与电场二次方成正比的电感应双折射现象。放在电场中的物质，由于其分子受到电力的作用而发生取向（偏转），呈现各向异性，结果产生双折射，即沿两个不同方向物质对光的折射能力有所不同。后人称之为克尔电光效应。

楚迁想，可能是其他透光物质的折射率在聚能场的磁场作用下发生变化。利用克尔电光效应也可以检测折射率。

总结起来讲，偏振光的偏转角，光谱线，透光物质的折射率，都可能在聚能场电磁场影响下发生变化，所以，利用光传感器检测到的信号会有变化。

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