Йозеф Риттер фон Фраунгофер ( / ˈ f r aʊ n ˌ h oʊ f ər / ; нем. [ˈfraʊnˌhoːfɐ] ; 6 марта 1787 — 7 июня 1826 [1] ) был немецким физиком и производителем оптических линз . Он изготовил оптическое стекло, ахроматический телескоп и объективы . Он разработал дифракционную решетку , а также изобрёл спектроскоп . В 1814 году он открыл и изучил тёмные линии поглощения в спектре Солнца, теперь известные как линии Фраунгофера . [2]
Его именем названа немецкая исследовательская организация «Общество Фраунгофера» , являющееся крупнейшим в Европе обществом по развитию прикладных исследований .
Йозеф Фраунхофер был 11-м ребенком, родившимся в семье католиков [3] в Штраубинге , в курфюршестве Бавария , у Франца Ксавьера Фраунгофера и Марии Анны Фрёлих. [4] Его отец и дед по отцовской линии Иоганн Михаэль были мастерами-стеклодувами в Штраубинге. Семья Фрёлиха также происходила из рода стеклодувов, восходящего к 16 веку. Он осиротел в возрасте 11 лет и начал работать подмастерьем у сурового стеклодува по имени Филипп Антон Вайхельсбергер. [5] [6] В 1801 году мастерская, в которой он работал, рухнула, и он был похоронен под обломками. Спасательную операцию возглавил курфюрст Максимилиан Йозеф . Принц вошел в жизнь Фраунгофера, снабдив его книгами и заставив своего работодателя дать молодому Фраунгофера время на учебу. [5] [6]
Йозеф Утцшнайдер, тайный советник , также был на месте катастрофы и также стал благотворителем Фраунгофера. Благодаря деньгам, данным ему принцем после его спасения, и поддержке, которую он получил от Утцшнайдера, Фраунгофер смог продолжить свое образование наряду с практической подготовкой. [7] В 1806 году Утцшнайдер и Георг фон Рейхенбах привели Фраунгофера в свой Институт в Бенедиктбойерне , секуляризированном бенедиктинском монастыре, посвященном стекольному делу. Там он открыл, как делать тонкое оптическое стекло, и изобрел точные методы измерения оптической дисперсии . [6]
Именно в Институте Фраунхофер познакомился с Пьером-Луи Гинаном (de), швейцарским техником по стеклу, который по поручению Утцшнайдера обучал Фраунгофера стекольному делу. [8] К 1809 году механическая часть Оптического института находилась в основном под руководством Фраунгофера, и Фраунхофер стал одним из членов фирмы в том же году. [9] В 1814 году Гинанд покинул фирму, как и Рейхенбах. Позже Гинанд стал партнером Фраунгофера в фирме, [8] и название было изменено на Утцшнайдер-унд-Фраунхофер. В 1818 году Фраунхофер стал директором Оптического института. Благодаря прекрасным оптическим приборам, разработанным Фраунгофером, Бавария обогнала Англию как центр оптической промышленности. Даже такие, как Майкл Фарадей, не могли производить стекло, которое могло бы соперничать с Фраунгофером. [5] [6]
Его блестящая карьера в конечном итоге принесла ему почетную докторскую степень от Университета Эрлангена в 1822 году. В 1824 году Фраунгофер был назначен Рыцарем Ордена Заслуг Баварской Короны королем Максимилианом I , благодаря чему он был возведен в личное дворянство (с титулом "Ritter von", т.е. рыцарь). В том же году он также был сделан почетным гражданином Мюнхена . [ необходима цитата ]
Как и многие стеклодувы его эпохи, он был отравлен парами тяжелых металлов , что привело к его преждевременной смерти. Фраунгофер умер в 1826 году в возрасте 39 лет. Считается, что его самые ценные рецепты стеклоделия ушли в могилу вместе с ним. [5]
Одной из самых сложных операций практической оптики в период жизни Фраунгофера была точная полировка сферических поверхностей больших предметных стекол . Фраунгофер изобрел машину, которая делала поверхность более точной, чем обычная шлифовка . Он также изобрел другие шлифовальные и полировальные машины и внес много усовершенствований в производство различных видов стекла, используемых для оптических приборов, которые он всегда находил имеющими изъяны и неровности разного рода. [9]
В 1811 году он построил новый тип печи , и во время своего второго плавильного сеанса, когда он расплавил большое количество стекла, он обнаружил, что может производить флинтглас , который, будучи взятым со дна сосуда, содержащего примерно 224 фунта стекла, имел ту же преломляющую способность, что и стекло, взятое с поверхности. Он обнаружил, что английское кронгласовое стекло и немецкое столовое стекло оба содержали дефекты, которые имели тенденцию вызывать нерегулярную рефракцию. В более толстых и больших стеклах таких дефектов было бы еще больше, так что в больших телескопах этот вид стекла не подходил бы для объективов. Соответственно, Фраунгофер изготовил свое собственное кронгласовое стекло. [9]
Считалось, что точное определение мощности данной среды для преломления лучей света и разделения различных цветов, которые они содержат, затруднялось отсутствием точных границ между цветами спектра , что затрудняло точное измерение угла преломления. Чтобы устранить это ограничение, Фраунгофер провел ряд экспериментов с целью искусственного получения однородного света , и, не имея возможности воздействовать на свой объект напрямую, он делал это с помощью ламп и призм . [9]
К 1814 году Фраунгофер изобрел современный спектроскоп . [10] В ходе своих экспериментов он обнаружил яркую фиксированную линию, которая появляется в оранжевом цвете спектра, когда она создается светом огня . Эта линия позволила ему впоследствии определить абсолютную силу преломления в различных веществах. Эксперименты по выяснению того, содержит ли солнечный спектр ту же самую яркую линию оранжевого цвета, что и линия, создаваемая оранжевым светом огня, привели его к открытию 574 темных фиксированных линий в солнечном спектре. Сегодня известны миллионы таких фиксированных линий поглощения. [9] [11]
Продолжая исследования, Фраунгофер обнаружил темные линии, также появляющиеся в спектрах нескольких ярких звезд , но в несколько ином расположении. Он исключил возможность того, что линии были созданы, когда свет проходил через атмосферу Земли . Если бы это было так, они не появлялись бы в ином расположении. Он пришел к выводу, что линии возникают в природе звезд и Солнца и несут информацию об источнике света, независимо от того, насколько далеко находится этот источник. [2] Он обнаружил, что спектры Сириуса и других звезд первой величины отличались от Солнца и друг от друга, тем самым положив начало звездной спектроскопии . [12]
Эти темные фиксированные линии, как позже было показано, в основном являются линиями атомного поглощения, как объяснили Кирхгоф и Бунзен в 1859 году, [13] а остальные идентифицированы как теллурические линии , возникающие из-за поглощения молекулами кислорода в атмосфере Земли . Эти линии до сих пор называются линиями Фраунгофера в его честь; его открытие вышло далеко за пределы полудюжины видимых делений в солнечном спектре, которые ранее были отмечены Волластоном в 1802 году. [14]
Фраунгофер также разработал дифракционную решетку в 1821 году, после того как Джеймс Грегори открыл явление дифракционной решетки и после того, как американский астроном Дэвид Риттенхаус изобрел первую искусственную дифракционную решетку в 1785 году. [15] [16] Фраунгофер был первым, кто использовал дифракционную решетку для получения линейчатых спектров, и первым, кто измерил длины волн спектральных линий с помощью дифракционной решетки.
Однако в конечном итоге его главной страстью все же была практическая оптика; однажды он написал, что «во всех моих экспериментах я мог, из-за нехватки времени, уделять внимание только тем вопросам, которые, как мне казалось, имели отношение к практической оптике» [17] .
Фраунгофер производил различные оптические приборы для своей фирмы. [8] Среди них был Дерптский рефрактор Фраунгофера, использовавшийся Струве (доставлен в 1824 году в Дерптскую обсерваторию ), и гелиометр Бесселя (доставлен посмертно), которые оба использовались для сбора данных о звездном параллаксе . Преемник фирмы, Мерц и Малер, изготовили телескоп для Новой Берлинской обсерватории, который подтвердил существование большой планеты Нептун . Возможно, последний объектив телескопа , сделанный Фраунгофером, был поставлен для транзитного телескопа в Городской обсерватории в Эдинбурге , [18] сам телескоп был завершен Репсольдом из Гамбурга после смерти Фраунгофера.
том 97, № 6, стр. 339-347