Фраунхоферови линии

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

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.

Откриване

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.

Номенклатура

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 Hα 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 Hβ 486,134 d Fe 466,814 e Fe 438,355 G' Hγ 434,047 G Fe 430,790 G Ca 430,774 h Hδ 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.

Източници

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.