Фраунгоферовы линии

Важнейшие Фраунгофера линии видимого участка электромагнитного спектра.

Фраунгоферовы линии - линии поглощения видимые на фоне непрерывного спектра солнца и звезд. Были открыты и исследованы немецким физиком Йозефом Фраунгофера в 1814 в при спектроскопических наблюдениях Солнца. Фраунгофер выделил и обозначил более 570 линий, причем сильные линии получили буквенные обозначения от A до K, а слабые были обозначены остальными букв. В настоящее время [ Когда? ] астрономы выделяют в спектре солнца тысячи фраунгоферовых линий.

По спектру линий поглощения можно судить о химическом составе звездных атмосфер. В 1859 в Кирхгоф и Бунзен доказали, что идентифицированные линии спектра эмиссии однозначно характеризуют химические элементы, их излучают. Так было показано, что в атмосфере Солнца присутствуют такие элементы, как водород, железо, хром, кальций, натрий и др.. на различных стадиях ионизации. Именно на Солнце впервые спектроскопическими методами было открыто гелий. На основе этого было установлено также связь линий поглощения - фраунгоферовых линий, на спектре адсорбции с определенным химическим элементом, или его ионом.

В настоящее время спектральные линии обозначаются длиной волны и химическим элементом, которому они принадлежат. Например, Fe I 4383,547 ? обозначает линию нейтрального железа с длиной волны 4383,547 ангстрем. Но для сильных линий сохранились обозначения, введенные Фраунгофера. Так, сильными линиями солнечного спектра являются линии H и K ионизированного кальция.


Обозначение Элемент Длина волны ( ?) Обозначение Элемент Длина волны ( ?)
y O 2 8987,65 c Fe 4957,61
Z O 2 8226,96 F H бета 4861,34
A O 2 7593,70 d Fe 4668,14
B O 2 6867,19 e Fe 4383,55
C H альфа 6562,81 G ' H гамма 4340,47
a O 2 6276,61 G Fe 4307,90
D 1 Na 5895,92 G Ca 4307,74
D 2 Na 5889,95 h H δ 4101,75
D 3 или d He 5875,618 H CA II 3968,47
e Hg 5460,73 K CA II 3933,68
E 2 Fe 5270,39 L Fe 3820,44
b 1 Mg 5183,62 N Fe 3581,21
b 2 Mg 5172,70 P Ti II 3361,12
b 3 Fe 5168,91 T Fe 3021,08
b 4 Fe 5167,51 t Ni 2994,44
b 4 Mg 5167,33


В таблице символами Hα, Hβ, Hγ и Hδ обозначены первые четыре линии Серии Бальмера атома водорода. Линии D 1 и D 2 - это широко известный "натриевый дублет", пара хорошо заметных солнечных линий.

Следует заметить, что в литературе есть противоречие в значении некоторых обозначений. Так символом d обозначают как голубую линию железа 4668,14 ?, так и желтую линию гелия (обозначается также D 3) 5875,618 ?. 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".


Использование

Спектр солнца снятый с помощью дифракционной решетки Ешелле с линиями Фраунгофера

На основе точно определенных длин фраунгоферовых линий их используют для определения показателя преломления и дисперсии ( Число Аббе) оптических материалов. Определение температуры далеких объектов базируется на распределении интенсивностей спектра фраунгоферовых линий, которую можно определить с помощью распределения Больцмана. Например, если при наблюдении фраунгоферовых линий видны линии серии Бальмера, это значит что температура настолько высока, что часть атомов водорода достигла возбужденного состояния с основным квантовым числом n = 2. При температуре поверхности солнца 6000 К, каждый 108 атом водорода является в возбужденном состоянии с n = 1.