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方和斐实际上在重复他的老前辈牛顿的实验，但是作了不少改进。他做了一条使光通过的狭缝；为了把光谱观察得更清楚，还用凸透镜作了一个窥管。方和斐研究了多种灯光的光谱。他本来想找一种只发出一种颜色的光的光源，这个目的没有达到，却发现了另外一些更重要的现象。
方和斐把一盏油灯放在狭缝外面，观察油灯光的光谱。他发现光谱带上有两条极其明亮的黄线，宽窄和狭缝一个样。不管怎样移动三棱镜的位置，转动窥管里的透镜，两条明亮的黄线依然存在。
方和斐拿掉油灯，换上酒精灯，还是有两条黄线；再换上蜡烛，两条黄线依然存在。不仅如此，只要三棱镜和窥管的位置不变，不管是什么灯光，两条黄线总在老位置上。
应该再研究一下太阳光。方和斐用一面镜子，把阳光反射进狭缝。他在太阳的光谱中找那两条明亮的黄线。可是没有，却发现太阳光谱中有许多黑线。方和斐仔细数了数，黑线有500多条，有的深些，有的淡些。他给那些最深的最清楚的黑线，用A、B、C、D、E等编了号。
看来，太阳光在黑线的位置上，少了某一些颜色的光。
经过仔细观察，方和斐发现灯光光谱中的那两条亮黄线，恰好落在太阳光谱中编号为D的那两条深黑线上，也就是说，位置恰好相同。
这真是怪事，灯光发出来的亮黄线，太阳光里恰好没有。但是，方和斐没能解释这是什么原因。
在方和斐以后，有不少人做了类似的实验。他们分析了各种光源，十之八九要出现这两条亮黄线。他们又研究太阳光谱，找到了更多的黑线（后来人们把这种黑线叫做方和斐线）。但是他们和方和斐一样，都说不清楚这是怎么回事。
现在，轮到本生和基尔霍夫来做实验了。
谜解开了
基尔霍夫带了他的仪器，来到本生的实验室。这套仪器是些什么样的宝贝呀？一块方和斐亲手磨制的石英三棱镜；一个直筒望远镜，已经被基尔霍夫锯成两截；还有一个雪茄烟盒；一片打了一道狭缝的圆铁片。都是一些最普通的东西。他们正是用这套简单的仪器，完成了伟大的科学发现。
实验的准备工作开始了。基尔霍夫在雪茄烟盒内糊上了一层黑纸，把三棱镜安装在烟盒中间。在对着三棱镜的两个面的位置上，把烟盒开了两个洞：一个洞装上望远镜的目镜的那半截，这是方和斐的窥管；另一个洞装上望远镜的另外半截，物镜在盒内对着三棱镜，朝外的筒口上盖着那开有细缝的圆铁片，这叫做平行光管。各部分都固定了，烟盒盖上了，世界上第一台“分光镜”就装配好了。
本生也没闲着，他在准备试料。试料有各种纯的金属，各种纯的化合物的溶液。几把白金丝做的小圈，也用硝酸洗得干于净净。
基尔霍夫先让太阳光射在平行光管的细缝上。在窥管中，他看到清晰的太阳光谱，还有那一条条黑色的方和斐线。仪器检查完毕，没有毛病。黑窗帘拉上了，本生点着了煤气灯，基尔霍夫把平行光管对准了煤气灯的火焰，实验开始了。
第一个实验就是食盐（氯化钠）。本生用白金丝蘸了一粒食盐在灯上烧，火焰立刻变成黄色。基尔霍夫把眼睛凑到窥管口上。
“我看到两条黄线靠在一起。背景是黑的，只有两条黄线。”基尔霍夫说。
本生重复了他一年前的实验。苏打，芒硝，硝酸钠，各种钠盐都试过了，结果都一样，黑的背景上有两条靠在一起的黄线，而且位置也不改变。看来，这两条黄线就是钠的谱线。
下一个实验是钾。本生用白金丝蘸了钾盐去烧，火焰变成了淡紫色。
基尔霍夫看了几秒钟，说道：“在黑暗背景上有一条紫线和一条红线。当中的光谱连成一片，没有明亮的线条。”
实验在继续。
所有的锂盐都产生一条明亮的红线和一条较暗的橙线。
所有的锶盐都产生一条明亮的蓝线和几条红线、橙线和黄线。
总之，每种元素都产生几条特有的谱线，这些谱线都有固定的位置。
本生和基尔霍夫轮换着烧蘸有各种物质的白金丝，轮换着看光谱。后来，本生装了一个架子把白金丝夹住，两个人在自制的分光镜前你看一眼我看一眼，一直看到眼睛都花了。
他们还不想休息，准备做一个新的实验。基尔霍夫揉着发酸的眼睛，在屋内走来走去。本生也一声不响，他把几种不同的盐混在一起。
实验开始了，本生用白金丝把混合的盐送到火焰中去，火焰立刻变成亮黄色。基尔霍夫趴在分光镜前仔细观察。
实验室内静悄悄的，最后，基尔霍夫说话了：“你掺在一起的有钠盐、钾盐、锂盐和锶盐。”
“对！”本生激动极了。他把白金丝夹在架子上，立刻跑过去看。光谱显示得十分清楚：两条靠在一起的亮黄线是钠的；那条紫线是钾的；红线是锂的；属于锶的那条蓝线也很清楚。
成功了！他们这时候的高兴劲儿是可以想象出来的。
他们创立了一种新的化学分析方法——光谱分析法。
大搜查
本生和基尔霍夫像着了迷一样，在实验室中夜以继日地工作。他们编制了各种已知元素的光谱表。凡是能到手的东西，他们都要放到灯上去烧一烧，看一看光谱，搜查里面到底有些什么元素。
光谱分析法非常灵敏，只要1毫克（千分之一克）的三百万分之一的钠，送到火焰里，在光谱中就能看到钠的黄线。只要用手指摸一下白金丝，就可以烧出黄线，因为汗水中就有氯化钠。
他们发现海水中，牛奶中，烟灰中，都含有锂。
更重要的是他们用光谱分析方法，在一种矿泉水中发现了新元素铯；在一种云母矿中又发现了另一种新元素铷。在铯的光谱中有两条美丽的蓝色的谱线，因此，他们把它叫做“铯”——拉丁文的原意是“蓝色的”；铷的光谱中有两条深红色的谱线，因而就被称为“铷”——拉丁文的原意是“红色的”。
铯和铷的发现，是光谱分析的第一个大胜利！
光谱分析这种新方法很快就推广了，不少工厂成批地制造分光镜和光谱仪。现在，任何一个大的化验室中都有光谱仪，并且利用照相代替了肉眼观测。现代的光谱仪不仅能分析物质的组成，还能求出其中各种元素的含量。而各种光谱仪的老祖宗，就是基尔霍夫和本生装配的那台简陋的分光镜。
用光谱分析各种物质的组成，用光谱寻找新的元素，一时成了最时髦的科学研究工作。许多科学家在实验室中装了分光镜，参加了这次大搜查。除了本生和基尔霍夫发现的铷和铯以外，别的科学家还发现了铊、铟、镓、镱、钬、铥、钐、钕、镨等元素。这中间还有一个重要的元素，那就是我们要讲的太阳元素——氦。
又解开了一个谜
正当本生忙于搜罗各种东西进行光谱分析的时候，基尔霍夫总想着他的那位物理学前辈方和斐观察到的黑线。他认为这个谜一定要解开：为什么太阳光谱的黑线D1、D2，恰好和钠的两条黄线位置一样呢？难道太阳上缺少钠吗？
1859年10月的一天，基尔霍夫开始研究这个问题。他先用分光镜看太阳的光谱，记住了D线的位置，然后遮住阳光，点燃了本生灯，在灯上烧起钠盐。果然，钠的两条亮黄线正好出现在太阳光谱的D线的位置上。
基尔霍夫想：让太阳光和烧钠的灯光同时射人分光镜，钠的亮黄线能不能把太阳光谱的黑线补起来呢？他打开遮板，让太阳光穿过本生灯的火焰照人分光镜。他在火焰上烧起钠盐来，火焰变黄了。但是出乎意料，在分光镜中，他看到太阳光谱中的两条D线不但没有亮起来，反而变得更黑了。
真奇怪！再挡住太阳光看一看，钠的两条亮黄线又出现了，而且正在那两条黑线的位置。
基尔霍夫想了很久，他又准备了一个新的实验。他不用太阳光了，换用了石灰光。用温度很高的氢氧焰去烧石灰，石灰会发出耀眼的白光。基尔霍夫知道，石灰光的光谱是连成一片的，没有特别亮的线，�