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重复一遍：我们对于遥远宇宙的一切了解，都来自我们所见到的光。
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要解开它所携带的信息，理解其背后所隐藏的秘密，我们就需要知道光究竟能够携带什么信息，以及它如何与它在太空旅途中遇到的物质及其基本构件——原子——之间的相互作用。
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在本书后一部分，你将进入原子，去看看我们所知道的一切物质的基本构件是什么样子的，但是现在，让我们把原子描述成一个球形的原子核被其转动的电子所围绕就行了。这些电子在原子核周围形成分层。
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人们很容易把这幅图景想象成行星围绕恒星的旋转运动，但这是错误的——在英语里，电子绕着原子核旋转的轨道的术语是orbital，而非行星轨道的orbit。
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只要速度合适，理论上行星可以在任意距离的轨道上围绕其恒星运行，但对于电子来说基本上不是这样。与行星轨道相反，电子轨道被电子禁入区所分隔，在这些区域内电子无法存在。不过，电子可以轻易地——甚至是自发地——跨越这些禁入区，从一个轨道跳跃到另外一个轨道。
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然而，电子实现跃迁并不是不付出代价的。
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电子从一个轨道转换到另一个轨道，要么必须吸收能量，要么必须释放能量。
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电子离原子核越远，其所携带的能量就越高。因此当一个电子从离原子核较近的轨道跳跃到另一个较远的轨道时，它必须吸收一些能量，就像一只热气球必须加足火焰以供应更多热气才能升到天空更高的地方那样。
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相反，要移到离原子核更近的轨道，电子需要释放一些能量，就像热气球释放一些热气以便飞得离地面更近一些。
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那么，这个能量从何而来呢？
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它来自光，电子通过吸收或释放光来实现从一个轨道跳跃到另一个轨道。但并不是任何光都行。
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电子需要吸收或释放特定数量的能量，也就是特定的光射线，才能够跨越电子禁入区，从一个轨道转换到另一个轨道。如果光的能量不够，那么电子就无法实现跃迁，只能待在原来的轨道。如果电子被击中的光能量太强，电子就有可能跨越多个禁入区，甚至逃逸原本它们属于的原子。
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人类在二十世纪初终于认识到了这一点。
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这个发现看似不具有开创性，其实不然。
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爱因斯坦（他真的是无处不在）因为在研究不同金属原子时发现了这一点而获得了一九二一年诺贝尔物理学奖。
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通过几十年对于所有能找到的原子种类进行实验（与思考），科学家们精确地了解了某种原子内电子从一个轨道跳跃到另一个轨道所需要的能量值。这对我们来说真的是非常非常幸运，因为不同的能量值对应不同的光源，并且利用望远镜，我们自然能够获得来自任何地方的光。
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根据这些知识，科学家们可以不用身临其境就推断出遥远的恒星或气态云甚至行星大气的成分。
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他们是如何做到这些的呢？让我们来看看。
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想象一个理想的光源，其向各个方向释放的光线中含有从最低能级的微波到最高能级的伽玛射线中所有的波长。这个光源产生了一个球状亮团。如果在离光源某个距离处存在着一个原子，它的电子笼罩在所有波长的光线之下，会疯狂地吸收它所能吸收的能量，从自己所在的轨道跳跃到一个更高能量的轨道上去。如果这种跳跃发生，这个电子就变得兴奋起来。
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兴奋？
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是的，在英语里“激发”与“兴奋”是同一个单词：excited。
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电子就像是在派对中得到了糖果的小孩。要在事后找出孩子们喜欢哪些糖果并不难（只要看看还剩下些什么），同样的道理，你能找出那个原子都吸收了哪些波长的光，只要看看它的影子里少掉了哪些波长就行。那些没有被吸收的光线都顺利通过，你能够相当容易地检测出它们的特征波长。另一方面，在由各种颜色和其他光线组成的连续彩虹中有几小块颜色变暗，就对应了被原子吸收的波长。这个图表被称为光谱，暗淡的部分被称为吸收线。
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