Фраунхоферови линии

Във физиката и оптиката, Фраунхоферовите линии са набор от абсорбционни линии, които са видими на фона на непрекъснатия звезден спектър. Кръстени са в чест на немския физик Йозеф фон Фраунхофер. Първоначално са наблюдавани във вида на тъмни черти във видимия спектър на Слънцето.

Спектърът на синьо небе. Могат да се видят спадовете в дължината на вълната на Фраунхоферовите линии.

Фраунхоферовите линии са типични спектрални абсорбционни линии. Това са тъмни линии, тесни региони с намален интензитет, които са дължат на абсорбирането на фотони, докато светлината преминава от източника към наблюдателя. При Слънцето, Фраунхоферовите линии се дължат на газ в слънчевата атмосфера. Фотосферният газ е по-студен от вътрешните региони и абсорбира светлината, излъчвана от тях.

ОткриванеРедактиране

През 1802 г. английският химик Уилям Уоластън[1] става първият човек, забелязал появата на няколко тъмни черти в слънчевия спектър.[2] През 1814 г. Фраунхофер независимо преоткрива чертите и започва систематичното им изучаване и внимателното изследване на дължината на вълната им. Общо той нанася 570 линии и обозначава основните им характеристики с букви от A до K, а по-слабите линии с други букви.[3][4][5] Съвременните наблюдения на слънчевата светлина могат да показват хиляди линии.

След около 45 години Густав Кирхоф и Роберт Бунзен забелязват, че няколко Фраунхоферови линии съвпадат с характерни емисионни линии, намерени в спектъра на нагретите елементи.[6] Те правилно дедуцират, че тъмните линии в слънчевия спектър са причинени от абсорбция на химични елементи в слънчевата атмосфера.[7] Някои от наблюдаваните черти са идентифицирани като телурични линии, произхождащи от абсорбцията на кислородните молекули в земната атмосфера.

НоменклатураРедактиране

 
Слънчевият спектър с Фраунхоферови линии.

По-важните Фраунхоферови линии и елементите, с които се свързват, са показани в таблицата долу:

Обозначение Елемент Дължина на вълната (nm)
y O2 898,765
Z O2 822,696
A O2 759,370
B O2 686,719
C 656,281
a O2 627,661
D1 Na 589,592
D2 Na 588,995
D3 или d He 587,5618
e Hg 546,073
E2 Fe 527,039
b1 Mg 518,362
b2 Mg 517,270
b3 Fe 516,891
b4 Mg 516,733
Обозначение Елемент Дължина на вълната (nm)
c Fe 495,761
F 486,134
d Fe 466,814
e Fe 438,355
G' 434,047
G Fe 430,790
G Ca 430,774
h 410,175
H Ca+ 396,847
K Ca+ 393,366
L Fe 382,044
N Fe 358,121
P Ti+ 336,112
T Fe 302,108
t Ni 299,444

Фраунхоферовите линии C, F, G', и h съответстват на алфа, бета, гама и делта линиите в серията на Балмър на емисионните линии на водородния атом. Фраунхоферовите букви днес рядко се използват тези линии.

Линиите D1 и D2 образуват известния „натриев дублет“, чиито център с дължина на вълната от 589,29 nm се обозначава с буквата D. Това историческо означение на тази линия се е запазило и до днес и се дава за всички преходи между основното състояние и първото възбудено състояние на другите алкални атоми. Линиите D1 и D2 се отнасят за фината структура, разделяща възбудените състояния. Това може да е объркващо, тъй като възбуденото състояние за този преход е P-състоянието на алкалите и не трябва да се бърка с по-високите D-състояния.

Фраунхоферовите линии H и K също се използват все още за „калциевият дублет“ във виолетовата част на спектъра, което е важно в астрономическата спектроскопия.

Поради тяхната точно определена дължина на вълната, Фраунхоферовите линии често се използват за характеризиране на показателя на пречупване и дисперсионните свойства на оптични материали.

ИзточнициРедактиране

  1. Melvyn C. Usselman: William Hyde Wollaston Encyclopædia Britannica
  2. William Hyde Wollaston (1802) "A method of examining refractive and dispersive powers, by prismatic reflection," Philosophical Transactions of the Royal Society, 92: 365 – 380;
  3. Hearnshaw, J.B.. The analysis of starlight. Cambridge, Cambridge University Press, 1986. ISBN 0-521-39916-5. с. 27.
  4. Joseph Fraunhofer (1814 – 1815) "Bestimmung des Brechungs und des Farben-Zerstreuungs – Vermögens verschiedener Glasarten, in Bezug auf die Vervollkommnung achromatischer Fernröhre", Denkschriften der Königlichen Akademie der Wissenschaften zu München, 5: 193 – 226;
  5. Jenkins, Francis A., White, Harvey E.. Fundamentals of Optics. 4th. McGraw-Hill, 1981. ISBN 0-07-256191-2. с. 18.
  6. G. Kirchhoff. Ueber die Fraunhofer'schen Linien. // Annalen der Physik 185 (1). 1860. DOI:10.1002/andp.18601850115. с. 148 – 150.
  7. G. Kirchhoff. Ueber das Verhältniss zwischen dem Emissionsvermögen und dem Absorptionsvermögen der Körper für Wärme und Licht. // Annalen der Physik 185 (2). 1860. DOI:10.1002/andp.18601850205. с. 275 – 301.