" "

Forskare från antiken undersökte ofta vardagliga frågor i ett försök att ta upp deras uppenbara universum. En sådan studie är där rötterna till spektroskopi ligger, när på 1200-talet människor började titta på hur regnbågar bildas. Allas favorit renässansman Leonardo da Vinci försökte replikera en regnbåge med en jordklot fylld med vatten och placera den i solljus och noterade mönstren i färgerna. 1637 skrev Rene Descartes Dioptrique där han talar om sina egna regnbågestudier med prismor. 1664 använde Robert Boyles Colors en uppdaterad riggning som Descartes i sin egen studie (Hirshfeld 163).

Allt detta ledde Newton till sin egen forskning 1666, där han inrättade ett mörkt rum vars enda ljuskälla var ett ljushål som lyste till ett prisma och därmed skapade en regnbåge på motsatt vägg. Med hjälp av detta verktyg kommer Newton på idén om ett spektrum av ljus, där färger kombineras för att göra vitt ljus och att regnbågen kunde breddas ut för att avslöja ännu fler färger. Ytterligare förbättringar under de följande åren såg människor nästan träffa spektrumets verkliga natur när Thomas Melville på mitten av 1700-talet märkte att solens fack hade en annan intensitet än deras spektrum. År 1802 testade William Hyde Wollaston brytningsegenskaperna för genomskinliga material med en ljusspalt 0, 05 tum i bredden när han märkte att solen hade en saknad linje i spektrumet. Han tyckte inte att det här var en stor sak eftersom ingen ansåg att spektrumet var kontinuerligt och att luckor skulle vara närvarande. Så nära var de att räkna ut att spektrumet innehöll kemiska ledtrådar (163-5).

Fraunhofer Lines |

Fraunhofer

Istället inträffade födelsen av sol- och himmelspektroskopi 1814 när Joseph Fraunhofer använde ett litet teleskop för att förstora solljus och fann att han inte var nöjd med den bild han fick. Vid den tiden utövades inte matematik i linsframställning, utan i stället gick man av känsla, och när linsens storlek ökade så gjorde antalet fel. Fraunhofer ville försöka använda matematik för att bestämma den bästa formen för en lins och sedan testa den för att se hur hans teori fortsatte. Vid den tiden var multilement achromatic lens 'på mode och var beroende av smink och form på varje bit. För att testa linsen behövde Fraunhofer en jämn ljuskälla som grund för jämförelse, så han använde en natriumlampa och isolerade vissa utsläppslinjer han såg. Genom att registrera förändringarna i deras position kunde han samla linsens egenskaper. Naturligtvis var han nyfiken på hur solens spektrum skulle vara rättvist med denna riggning och så vänt dess ljus på hans linser. Han fann att många mörka linjer var närvarande och räknade totalt 574 (Hirchfield 166-8, "Spectroscopy").

Han namngav då Fraunhofer-linjer och teoretiserade att de härstammar från solen och inte var någon konsekvens av hans linser eller av atmosfären som absorberade ljus, något som senare skulle bekräftas. Men han tog saker vidare när han vände sin 4-tums refraktor med prisma vid månen, planeterna och olika ljusa stjärnor. Till sin förvåning fann han att ljusspektrumet som han såg liknade solen! Han teoretiserade detta var för att de reflekterade solens ljus. Men när det gäller stjärnorna var deras spektrum väldigt olika, med vissa delar ljusare eller mörkare samt olika delar saknas. Fraunhofer satte upp berggrunden för himmelspektroskopi med denna åtgärd (Hirchfield 168-170).

Kirchoff och Bunsen |

Bunsen och Kirchhoff

År 1859 fortsatte forskare detta arbete och fann att olika element gav olika spektrum, ibland fick de ett nästan kontinuerligt spektrum med saknade linjer eller en inversion av det, med några få linjer närvarande men inte mycket där. Under det året räknade dock Robert Bunsen och Gustav Kirchhoff ut hemligheterna för dessa två, och det kommer i deras namn: utsläpp och absorptionsspektrum. Linjerna var bara från ett element som upphetsade medan det nästan kontinuerliga spektrumet kom från ljuset som absorberades i spektrumet för en mellanliggande ljuskälla. Linjernas placering i vardera spektrumet var en indikator på elementet som sågs och kan vara ett test på materialet som observerades. Bunsen och Kirchhoff tog detta vidare men när de ville sätta upp specifika filter i ett försök att hjälpa till vidare egenskaper genom att ta bort ljuset från spektrum. Kirchhoff undersökte vilka våglängder som fanns, men hur han gjorde detta förlorar historien. Mer än troligt använde han ett spektroskop för att bryta ner ett spektrum. För Bunsen hade han svårigheter i sina ansträngningar eftersom differentiering av olika ljusspektrum är utmanande när linjerna är så nära varandra, så Kirchhoff rekommenderade en kristall för att ytterligare bryta upp ljuset och göra det lättare att se skillnaderna. Det fungerade, och med flera kristaller och en teleskoprigg började Bunsen att katalogisera olika element (Hirchfield 173-6, “Spectroscopy”).

Men att hitta elementära spektrum var inte den enda upptäckten som Bunsen gjorde. När han tittade på spektrum upptäckte han att det bara tar 0.0000003 milligram natrium för att verkligen påverka ett spektrums produktion på grund av dess starka gula linjer. Och ja, spektroskopi gav många nya element okända vid den tiden, som cesium i juni 1861. De ville också använda sina metoder på stjärnkällor men konstaterade att ofta brännande från solen förorsakade delar av spektrumet. Det var den stora ledtråden till absorption kontra emissionsspektrum, för flänsen absorberade de delar som försvann kort. Kom ihåg att detta gjordes allt innan teorin om atomer, som vi känner att den utvecklades, så att allt hänfördes till de involverade gaserna (Hirchfield 176-9).

Komma närmare

Kirchhoff fortsatte sina solstudier men han stötte på några svårigheter som främst var ett resultat av hans metoder. Han valde en "godtycklig nollpunkt" för att referera till sina mätningar, vilket kan ändras beroende på vilken kristall han använde vid den tiden. Detta kan förändra våglängden han studerade, vilket gjorde att hans mätningar var benägna att göra fel. Så 1868 skapade Anders Angström en våglängdsbaserad solspektrumskarta, vilket gav forskare en universell guide till sett spektrum. Till skillnad från det förflutna hänvisades till ett diffraktionsgitter med uppsatta matematiska egenskaper i motsats till ett prisma. På den här första kartan kartlades över 1200 rader! Och med tillkomsten av fotografiska plattor i horisonten, var ett visuellt sätt att spela in det som sågs snart på alla (186-7).

Citerade verk

Hirshfeld, Alan. Starlight Detective. Bellevine Literary Press, New York. 2014.Print. 163-170, 173-9, 186-7.

"Spektroskopi och modern astrofysik födelse." History.aip.org . American Institute of Physics, 2018. Web. 25 augusti 2018.