În fizică și optică , liniile Fraunhofer sunt discontinuitățile întunecate observabile pe spectrul solar vizibil care corespunde celei mai intense părți a radiației solare care ajunge la suprafața pământului . Descoperit de Joseph von Fraunhofer timpuriu al XIX - lea secol și studiat de mulți oameni de știință din timpul său, care le - au furnizat primele referințe lungime de undă disponibile și încă mai permite calibrarea noastre de zile și măsurători precise ale instrumentelor optice. Unele dintre lungimile de undă sunt astfel utilizate ca referință pentru specificațiile ochelarilor optici .
Este posibil să observați liniile în mai multe moduri, în special folosind o prismă sau o rețea de difracție .
Aceste discontinuități corespund liniilor de absorbție ale diferitelor elemente prezente în special în atmosferă.
În 1802 , chimistul englez William Hyde Wollaston a fost primul care a observat o serie de benzi negre în spectrul solar și apoi a presupus că aceste linii negre separă culorile spectrului Soarelui. Cele cinci linii negre delimitează în opinia sa cele patru „culori solare”, alte două linii mai puțin vizibile, fiind observate și ele. În urma acestei descoperiri, concomitent cu cea a dubletului de sodiu observat anterior întâmplător de Thomas Melvill în 1752, fizicianul german Joseph von Fraunhofer a observat în 1814 aceleași dispariții în spectru în timpul observațiilor luminii solare.
La prima vedere, în scopul definirii lungimilor de undă de referință, determină opt linii pe care le indexează de la A la H și două adiționale suplimentare notate a și b. Apoi enumeră un total de 574 de linii incluse între B și H anterioare și își publică rezultatele în 1817. Într-o nouă publicație din 1821, el oferă măsurătorile lungimilor de undă ale acestor linii, pe care le-a estimat folosind o rețea de difracție de transmisie foarte fină format din fire la fel de distanțate.
Cu toate acestea, Fraunhofer nu se limitează la observarea Soarelui și, de asemenea, își va desfășura experimentele pe spectrul lui Venus și Sirius . Dacă liniile par similare pentru planetă, el distinge trei extincții largi pe spectrul lui Sirius. Repetând examinările spectrelor stelare , el afirmă că spectrele stelelor sunt similare în multe privințe, dar că unele linii variază.
O primă abordare a originii fenomenului a fost efectuată în 1849 de Léon Foucault . Corespondența dintre dubletul de sodiu și disparițiile din spectru a fost pregătită de Fraunhofer pentru a verifica dacă Foucault a trecut un fascicul de lumină solară de o lampă cu arc la sodiu și constată că dispariția este mai vizibilă la această lungime de undă; aceeași linie neagră care apare atunci când lumina unui cărbune în flăcări a trecut prin aceeași lampă cu arc este analizată.
În 1859, Gustav Kirchhoff a făcut observația fundamentală pe lângă cele din Foucault, că sursa trebuie să fie mai fierbinte decât flacăra sau lampa care absoarbe. Din aceste experimente, el își trage legea radiației , precum și concluzia că liniile negre Fraunhofer corespund elementelor chimice prezente în straturile superioare ale Soarelui. Ulterior, mulți oameni de știință, fizicieni și chimiști din Europa încearcă să descopere diferitele asociații ale fiecărui element chimic cu o serie de linii spectrale. În 1859, Julius Plücker a identificat linia F cu linia de emisie Hβ a hidrogenului și linia C cu linia Hα a hidrogenului; din 1861 până în 1863, Robert Bunsen și Kirchhoff identifică liniile Fraunhofer cu spectrul de flacără a treizeci de elemente diferite și permit astfel să se concluzioneze că atmosfera Soarelui, pe lângă conținerea hidrogenului, așa cum a demonstrat Plücker, conține și o multitudine de alte elemente chimice.
Henry Augustus Rowland , în jurul anului 1890 , a îmbogățit catalogul de linii al lui Fraunhofer, listând aproximativ 15.000, cu fotografii și lungimi de undă măsurate în sprijin, de la 300 nm la 6500 nm .
Știm în anii 1990, aproximativ 26.000 de linii, iar notația alfabetică utilizată de Fraunhofer este încă utilizată pentru a identifica liniile Soarelui și ale altor stele.
| Desemnare | Element | Lungime de undă ( nm ) |
|---|---|---|
| y | O 2 | 898.765 |
| Z | O 2 | 822.696 |
| LA | O 2 | 759.370 |
| B | O 2 | 686.719 |
| VS | H a | 656.281 |
| la | O 2 | 627.661 |
| D 1 | n / A | 589.592 |
| D 2 | n / A | 588.996 |
| D 3 sau d | Hei | 587.562 |
| e | Hg | 546.073 |
| E 2 | Fe | 527.039 |
| b 1 | Mg | 518.362 |
| b 2 | Mg | 517.270 |
| b 3 | Fe | 516.891 |
| b 4 | Mg | 516.722 |
| vs. | Fe | 495.761 |
| F | Hp | 486.134 |
| d | Fe | 466.814 |
| e | Fe | 438.355 |
| G 'sau f | H γ | 434.047 |
| G | Fe | 430.790 |
| G | Aceasta | 430.774 |
| h | H δ | 410.175 |
| H | Acest + | 396.847 |
| K | Acest + | 393.368 |
| L | Fe | 382.044 |
| NU | Fe | 358.121 |
| P | Ti + | 336.112 |
| T | Fe | 302.108 |
| t | Sau | 299,444 |
Liniile Patru Fraunhofer corespund liniilor din seria Balmer a spectrul de emisie al atomului de hidrogen : pe de o parte, C și F liniile de Fraunhofer corespund la Hα și Hβ liniilor de Balmer; pe de altă parte, în banda G a lui Fraunhofer, linia f - notată și G ′ - corespunde liniei Hγ a lui Balmer; în cele din urmă, linia h a lui Fraunhofer corespunde liniei Hδ a lui Balmer - deși astăzi h este folosit pentru a indica linia atomului de magneziu ionizat o dată la 2 802 ångströms în lungime de undă. Liniile D 1 și D 2 corespund dubletului de sodiu , al cărui mediu D este situat la 589,2 nm. Denumirea istorică a acestei linii corespunde tuturor tranzițiilor dintre starea fundamentală și primele stări excitate ale atomilor alcalini.
În literatura științifică, se pot observa dezacorduri cu privire la anumite denumiri. De exemplu, linia d corespunde uneori liniei cian de fier la 466.814 nm, uneori liniei galbene a heliului (numită și D 3 ). La fel, există o ambiguitate cu privire la desemnarea liniei e , care corespunde fie fierului la 438,355 nm, fie mercurului la 546,073 nm. Pentru a elimina aceste ambiguități, numele liniilor Fraunhofer sunt urmate de elementul cu care sunt asociate. Exemple: linia D de heliu, linia e de mercur.
La acea vreme, descoperirea liniilor a făcut posibilă realizarea unui mare salt tehnic în domeniul sticlăriei optice științifice. Datorită lor lungimi de undă bine definite, liniile Fraunhofer sunt prin urmare folosite pentru caracterizarea indicelui de refracție și proprietățile dispersiei a sticlelor optice . Tehnicile de lustruire și control s-au schimbat drastic și au condus la îmbunătățiri în domeniul construcției telescopului. La început s-au folosit liniile C , D și F , apoi linia D a fost înlocuită cu linia d .
Liniile Fraunhofer sunt, de asemenea, utilizate pentru a furniza informații la distanță despre compoziția obiectelor cerești care emit energie electromagnetică . Fenomenul apare atunci când un atom absoarbe un foton de energie suficientă pentru a determina un electron să sară pe un alt orbital atomic . Fiecare salt, numit și excitație , este asociat cu o lungime de undă specifică. Datorită studiului absorbției spectrului electromagnetic al luminii vizibile , putem stabili dovada existenței multor elemente atomice în regiunile reci sau pe suprafața unei stele.