Фраунгоферовы линии спектре солнца

Линии фраунгофера и законы спектроскопии

Как только люди научились изготавливать качественные линзы, ученые получили возможность собирать и наблюдать свет, а также с высокой точностью его направлять. Там, где Ньютон видел радугу со всеми цветами, новые оптические инструменты показали странные черные полосы. Что же это значило?

Еще на слуху было изучение затмений спутника Юпитера Ио и измерение Олафом Рёмером скорости света, а Исаак Ньютон только начал давать ответы на вопрос о природе восприятия цвета. Когда мы узнали, что на распространение света тоже нужно время, то молчаливо приняли для себя, что весь свет распространяется с одной скоростью вне зависимости от длины волны (и цвета). Но свет, идущий со звезд, а также от любого раскаленного тела, способен рассказать нам о многом, и именно так в те годы физикам удалось заглянуть внутрь атома.

Свет и тьма

В 1814 году изготовитель линз из Баварии Йозеф Фраунгофер сумел найти такую форму линз, которые не страдали от хроматической аберрации — цветного размытия по краям, часто искажающих формы объектов. Он сконструировал спектрометр (см. вставку ниже), способный показывать в высоком разрешении составные цвета источника света. Фраунгофер изучал свет Солнца и неожиданно для себя открыл на обычной радуге цветов странные темные полоски.

Четыре десятилетия остававшаяся необъяснимой аномалия была названа «линиями Фраунгофера» (а сами линии «фраунгоферовыми») в честь этого немецкого физика. Объяснение пришло только в 1859 году, когда пара химиков из Гейдельберга решила использовать спектрометр для исследования цвета пламени. Этими учеными были Роберт Бунзен и Густав Кирхгоф, а свет пламени разделился на ряд дискретных цветных полосок, представлявших собой полную противоположность картине, которую увидел когда-то Фраунгофер.

Однако и то, и другое были спектры, только Фраунгофер наблюдал линейчатый оптический спектр поглощения, а Бунзен и Кирхгоф — эмиссионный спектр, или спектр испускания. Для каждого элемента характерен свой спектр.

Линии спектра поглощения, которые увидел на спектрограмме солнечного света Фраунгофер, соответствуют определенным элементам солнечной короны. Будучи на фоне Солнца «холодными», они уже поглощают — но все на тех же «сигнальных» частотах, что и излучали бы при сгорании.

Законы спектроскопии

Кирхгоф лаконично оформил свое открытие в виде трех законов.

Во-первых, горячие твердые тела дают сплошной спектр цветов (белый цвет).

Во-вторых, горячие газы дают характерный линейчатый спектр испускания.

В-третьих, холодный газ поглощает характерные цвета из спектра света, проходящего через него, давая те самые линии, которые увидел Фраунгофер на фоне сплошного спектра.

Оказалось, что каждый элемент способен брать и отдавать энергию лишь определенных уровней, что соответствует определенным длинам волн и конкретному набору цветов. Но почему атомы могут давать и поглощать излучение лишь определенных длин волн? Чтобы ответить на этот вопрос, потребовалась уже квантовая физика.

Спектрометр

Спектрометр Йозефа Фраунгофера представлял собой призму, соединенную с телескопом. Стеклянная призма разделяет белый свет на непрерывный спектр цветов, который затем увеличивается линзами телескопа. Второй телескоп используется для фокусировки луча от источника света на призму.

Источник

Линии фраунгофера — Fraunhofer lines

В физике и оптике линии фраунгофера представляют собой набор спектральных линий поглощения, названных в честь немецкого физика Йозефа фон Фраунгофера (1787–1826). Линии были первоначально наблюдаются в виде темных признаков ( линии поглощения ) в оптическом спектре от Солнца (белый свет).

СОДЕРЖАНИЕ

Открытие

В 1802 году английский химик Уильям Хайд Волластон был первым, кто заметил появление ряда темных деталей в солнечном спектре. В 1814 году Фраунгофер независимо заново открыл эти линии и начал систематически изучать и измерять длины волн, на которых наблюдаются эти особенности. Он нанес на карту более 570 линий, обозначив основные черты (линии) буквами от A до K, а более слабые линии — другими буквами. Современные наблюдения за солнечным светом позволяют обнаружить многие тысячи линий.

Примерно 45 лет спустя Кирхгоф и Бунзен заметили, что несколько линий фраунгофера совпадают с характеристическими линиями излучения, идентифицированными в спектрах нагретых элементов. Это было правильно сделать вывод , что темные линии в солнечном спектре вызваны поглощением с помощью химических элементов в атмосфере Солнца. Некоторые из наблюдаемых особенностей были идентифицированы как теллурические линии, возникающие в результате поглощения молекулами кислорода в атмосфере Земли .

Источники

Линии фраунгофера являются типичными спектральными линиями поглощения. Линии поглощения — это темные линии, узкие области с пониженной интенсивностью, которые являются результатом поглощения фотонов при прохождении света от источника к детектору. На Солнце линии фраунгофера являются результатом наличия газа в фотосфере , внешней области Солнца. Фотосферный газ имеет более низкие температуры, чем газ во внутренних областях, и поглощает небольшую часть света, излучаемого из этих областей.

Именование

Основные линии фраунгофера и элементы, с которыми они связаны, показаны в следующей таблице:

Фраунгофера С, F, G»и Н линии соответствуют альфа, бета, гамма и дельта линий серии Бальмера из линий излучения атома водорода. Буквы фраунгофера теперь редко используются для этих строк.

Линии D ₁ и D ₂ образуют хорошо известный «дублет натрия», центральной длине волны которого (589,29 нм) присвоена буква обозначения «D». Это историческое обозначение этой линии прижилось и присваивается всем переходам между основным состоянием и первым возбужденным состоянием других щелочных атомов. Линии D ₁ и D ₂ соответствуют тонкой структуре возбужденных состояний. Это может сбивать с толку, потому что возбужденное состояние для этого перехода является P-состоянием щелочи, и его не следует путать с более высокими D-состояниями.

Буквы фраунгофера H и K до сих пор используются для обозначения дублета кальция-II в фиолетовой части спектра, важного для астрономической спектроскопии .

Обратите внимание, что в литературе есть разногласия по обозначениям некоторых строк; например, d-линия Фраунгофера может относиться к голубой линии железа при 466,814 нм или, альтернативно, к желтой линии гелия (также обозначенной D ₃ ) при 587,5618 нм. Точно так же есть неоднозначность в отношении линии e, поскольку она может относиться к спектральным линиям как железа (Fe), так и ртути (Hg). Чтобы устранить двусмысленность, возникающую при использовании, неоднозначным обозначениям линий фраунгофера предшествует элемент, с которым они связаны (например, электронная линия Меркурия и d-линия гелия).

Благодаря четко определенным длинам волн линии фраунгофера часто используются для характеристики показателя преломления и дисперсионных свойств оптических материалов.

Источник

Фраунгоферовы линии

Фраунгоферовы линии — линии поглощения, видимые на фоне непрерывного спектра звёзд. Были открыты и исследованы немецким физиком Йозефом Фраунгофером в 1814 году при спектроскопических наблюдениях Солнца. Фраунгофер выделил и обозначил свыше 570 линий, причём сильные линии получили буквенные обозначения от A до K, а более слабые были обозначены оставшимися буквами. В настоящее время астрономы выделяют в спектре Солнца тысячи фраунгоферовых линий.

Фраунгоферов спектр позволяет судить о химическом составе звёздных атмосфер, так как в 1859 году Кирхгоф и Бунзен доказали, что спектральные линии однозначно характеризуют химические элементы их излучающие. Так было показано, что в атмосфере Солнца присутствуют такие элементы, как водород, железо, хром, кальций, натрий и др. в разных стадиях ионизации. Именно на Солнце впервые спектроскопическими методами был открыт гелий.

В настоящее время спектральные линии обозначаются длиной волны и химическим элементом, которому они принадлежат. Например, Fe I 4383,547 Å обозначает линию нейтрального железа с длинной волны 4383,547 ангстрем. Но, для наиболее сильных линий сохранились обозначения, введённые Фраунгофером. Так, самыми сильными линиями солнечного спектра являются линии H и K ионизованного кальция.

В таблице символами Hα, Hβ, Hγ и Hδ обозначены первые четыре линии бальмеровской серии атома водорода. Линии D₁ и D₂ — это широко известный «натриевый дублет», пара хорошо различимых солнечных линий.

Следует заметить, что в литературе имеются противоречия в значении некоторых обозначений. Так символом d обозначают как голубую линию железа 4668,14 Å, так и жёлтую линию гелия (обозначаемую также D₃) 5875,618 Å. Также линия e может принадлежать как железу, так и ртути. Для того, чтобы уйти от двусмысленности необходимо всегда указывать элемент, которому принадлежит линия, например «линия e ртути».

Литература

• Д. Я. Мартынов. Курс практической астрофизики. // М., Наука, 1977

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое «Фраунгоферовы линии» в других словарях:

ФРАУНГОФЕРОВЫ ЛИНИИ — особая темные линии, открытые Фраунгофером на солнечном спектре. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910. ФРАУНГОФЕРОВЫ ЛИНИИ особые темные линии, открытые оптиком Фрауэнгофером в солнечном спектре и дающие… … Словарь иностранных слов русского языка

Фраунгоферовы линии — линии поглощения в спектре Солнца (см. илл.). Ф. л. впервые наблюдал в 1802 английский физик У. Волластон (W. Н. Wollaston; 1766 1828), в 1814 они обнаружены и подробно описаны Й. Фраунгофером; правильно объяснены Г. Р. Кирхгофом.… … Большая советская энциклопедия

ФРАУНГОФЕРОВЫ ЛИНИИ — спектральные линии поглощения в спектрах Солнца и звезд. Фраунгоферовы линии результат рассеяния и поглощения электромагнитного излучения звезд главным образом верхними слоями их атмосфер, а также атмосферой Земли. Открыты в 1802 У. Волластоном,… … Большой Энциклопедический словарь

ФРАУНГОФЕРОВЫ ЛИНИИ — линии поглощения в спектре Солнца. Ф. л. впервые наблюдал в 1802 англ. физик У. Волластон, а в 1814 они были обнаружены и подробно описаны нем. физиком Й. Фраунгофером; правильно объяснены нем. физиком Р. Кирхгофом. Наблюдается более 20 тыс. Ф. л … Физическая энциклопедия

ФРАУНГОФЕРОВЫ ЛИНИИ — линии поглощения в спектре Солнца. Ф. л. впервые наблюдал в 1802 как границы цветов англ. физик У. Волластон (W. Wollaston), а в 1814 они . были обнаружены и подробно описаны нем. учёным И. Фраунгофером (J. Fraunhofer). Правильно объяснил Ф. л.… … Физическая энциклопедия

ФРАУНГОФЕРОВЫ ЛИНИИ — тёмные линии в спектре (см. (3, ж)) Солнца и звёзд, возникающие благодаря рассеянию и поглощению электромагнитного излучения фотосферы звёзд более холодными верхними слоями их атмосфер, а также атмосферой Земли. Таких линий больше 20000 в… … Большая политехническая энциклопедия

Фраунгоферовы линии — линии поглощения в спектрах Солнца и звёзд. Фраунгоферовы линии результат рассеяния и поглощения электромагнитного излучения звёзд, главным образом верхними слоями их атмосфер, а также атмосферой Земли. Открыты в 1802 У. Волластоном, детально… … Энциклопедический словарь

ФРАУНГОФЕРОВЫ ЛИНИИ — линии поглощения в спектрах Солнца и звёзд. Ф. л. результат рассеяния и поглощения эл. магн. излучения звёзд, гл. обр. верх. слоями их атмосфер, а также атмосферой Земли. Открыты в 1802 У. Волластоном, детально исследованы в спектре Солнца И.… … Естествознание. Энциклопедический словарь

фраунгоферовы линии — фраунг оферовы л инии, фраунг оферовых л иний … Русский орфографический словарь

фраунгоферовы — линии [ Словарь иностранных слов русского языка

Источник