Фраунгоферовы линии

Фраунгоферовы линии

Схема опыта Волластона

Опыты Ньютона

Сложный состав солнечного света был, как известно, установлен И. Ньютоном в 1672 г. с помощью призмы, на которую направлялся узкий пучок света из круглого отверстия, при этом свет разлагался в спектр в виде череды цветных круглых пятен, видимых на экране. Цветные лучи, будучи собранными вместе, например, линзой вновь образовывали белый солнечный свет. Недостаток эксперимента Ньютона состоял в том, что цветные пятна перекрывали друг друга, давая чёткий спектр лишь по краям. Идея использовать вместо круглого отверстия щель пришла в голову английскому физику и химику У. Волластону в 1802 г. Разместив призму у глаза на расстоянии 3 – 3,5 м от щели шириной около 1,3 мм, он выделил в солнечном спектре четыре области: красную, жёлто-зелёную, голубую и фиолетовую, назвав их границы, начиная с красной области, латинскими буквами А, В, С, D, Е, и указав также, что между ними есть тонкие тёмные линии (f, g), которые могут быть ошибочно приняты за границы цветов.

В 1814 г. немецкий физик Й. Фраунгофер установил, что тёмные линии в спектре Солнца занимают определённое положение, а их появление обусловлено отсутствием в спектре лучей данного цвета. Обнаружив сотни тёмных линий, восемь из них он назвал латинскими буквами от A до H, начиная с красной области спектра.

	Результаты измерений Й. Фраунгофера
	Линия D
	№	λ, нм
		589,1
		589,4
		589,1
		589,7
		588,5
		588,8
		588,5
		588,5
		588,2
		588,2
Й. Фраунгофер показывает работу спектроскопа

Марка, выпущенная к 200-летию со дня рождения Й. Фраунгофера

Создав дифракционную решётку, Фраунгофер в 1821 г. измерил длины волн, соответствующие этим линиям. Решётку можно создать, например, алмазным стеклорезом, делая ровные царапины на стекле (такая решётка пропускает белый свет) или мягком металле (такая решётка отражает свет, идеальная решётка отражения – лазерный диск). При прохождении через решётку или отражении белого света от неё, свет распадается в спектр (подробнее вы узнаете об этом в 11 классе). Посмотрите, что получится, если использовать лазерный диск! Первые решётки, изготовленные Й. Фраунгофером, были из проволоки, см. схематический рисунок. Для определения длины волны линии D он использовал разные решётки, изготовленные из серебряной поволоки, намотанной на медную рамку, так что период одной из решёток был 0,0528 мм при диаметре проволоки 0,040 мм; современные данные приведены в таблице.

линия	А	В	С	D	E	F	G	H
λ, нм	759,4	686,7	656,3	589,3	546,1	486,1	430,8	396,8
Область спектра	красная			жёлтая	зелёная	синяя	фиолетовая

В 1822 г. англичанин Дж. Гершель увидел, что свет от пламени спиртовой лампы, окрашивающийся в разные цвета при добавлении солей металлов, распадается на яркие линии спектра на тёмном фоне, если его пропустить через призму. Фраунгофер установил, что при добавлении в пламя спиртовки NaCl возникающая жёлтая линия спектра соответствует линии D. В 1848 г. Французский физик Л. Фуко получил тот же эффект, добавив поваренную соль в светящуюся электрическую дугу. Однако, истинная природа фраунгоферовых линий оставлялась, по сути, неизвестной вплоть до работы немецких физиков Р. Бунзена и Г. Киргофа 1859 г. Г. Кирхгоф предположил, что Солнце окружено атмосферой из паров веществ, которые, действуя как фильтры, поглощают из сплошного спектра те или иные лучи, формируя тёмные линии, эти линии есть линии спектров поглощения паров металлов.

Уже менее чем через 10 лет после открытия Бунзена и Киргофа гимназисты в России читали в учебнике физики, что в спектрах света, падающего на Землю, и от Луны, и от планет наблюдаются те же фраунгоферовы линии и в том же порядке, что и в солнечном спектре, однако каждая звезда имеет свой спектр со своими линиями. Кроме спектра Солнца, в учебнике были представлены спектры испускания: водорода, рубидия, цезия, лития, калия, натрия, кальция, линии которых соответствовали фраунгоферовым линиям солнечного спектра.

Так из усовершенствования опыта Ньютона были открыты не только линии в спектре Солнца, но и родилась наука спектроскопия, позволяющая определять элементный состав тел.

12 Следующая ⇒