Йозеф Риттер фон Фраунгофер ( / ˈ f r aʊ n ˌ h oʊ f ər / ; немецкий: [ˈfraʊnˌhoːfɐ] ; 6 марта 1787 — 7 июня 1826 [1] ) — немецкий физик и производитель оптических линз . Он изготовил оптическое стекло, ахроматический телескоп и объективы . Он также изобрел спектроскоп и разработал дифракционную решетку . В 1814 году он обнаружил и изучил темные линии поглощения в спектре Солнца, известные теперь как линии Фраунгофера . [2]
Его именем названа немецкая исследовательская организация «Общество Фраунгофера» , крупнейшее в Европе общество по развитию прикладных исследований .
Йозеф Фраунгофер был 11-м ребенком, родившимся в римско-католической семье [3] в Штраубинге , в электорате Баварии , в семье Франца Ксавера Фраунгофера и Марии Анны Фрелих. [4] Его отец и дед по отцовской линии Иоганн Михаэль были мастерами-стеклодувами в Штраубинге. Семья Фрелиха также происходила из рода стеклодувов, восходящего к 16 веку. Он осиротел в 11 лет и начал работать подмастерьем у сурового стеклодува по имени Филипп Антон Вейхельсбергер. [5] [6] В 1801 году мастерская, в которой он работал, рухнула, и он был похоронен под развалинами. Спасательной операцией руководил курфюрст Максимилиан Иосиф . Принц вошел в жизнь Фраунгофера, снабдив его книгами и заставив работодателя дать юному Фраунгоферу 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 Райхенбах привели Фраунгофера в свой институт в Бенедиктбойерне , секуляризованном бенедиктинском монастыре, посвященном производству стекла. Там он научился делать прекрасное оптическое стекло и изобрел точные методы измерения оптической дисперсии . [6]
Именно в институте Фраунгофер познакомился с Пьером-Луи Гинандом (де), швейцарским техником по стеклу, который по указанию Утцшнейдера обучал Фраунгофера стекольному делу. [8] К 1809 году механическая часть Оптического института находилась в основном под руководством Фраунгофера, и в том же году Фраунгофер стал одним из членов фирмы. [9] В 1814 году Гинан покинул фирму, как и Райхенбах. Позже Гуинанд стал партнером Фраунгофера в фирме, [8] и название было изменено на Утцшнайдер-унд-Фраунгофера. В 1818 году Фраунгофер стал директором Оптического института. Благодаря прекрасным оптическим приборам, разработанным Фраунгофером, Бавария обогнала Англию как центр оптической промышленности. Даже такие люди, как Майкл Фарадей, не могли производить стекло, которое могло бы конкурировать с Фраунгофером. [5] [6]
Его блестящая карьера в конечном итоге принесла ему звание почетного доктора Эрлангенского университета в 1822 году. В 1824 году король Максимилиан I назначил Фраунгофера кавалером ордена «За заслуги перед Баварской короной» , благодаря чему он был возведен в личное дворянство (с титул «Риттер фон», т.е. рыцарь). В том же году он был удостоен звания почетного гражданина Мюнхена . [ нужна 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 изготовления стекла ушли вместе с ним в могилу. [5]
Одной из сложнейших операций практической оптики во временной период жизни Фраунгофера была точная полировка сферических поверхностей крупных предметных стекол . Фраунгофер изобрел машину, которая обрабатывала поверхность более точно, чем обычное шлифование . Он также изобрел другие шлифовальные и полировальные станки и внес множество усовершенствований в производство различных видов стекол, используемых для оптических инструментов, которые, как он всегда обнаруживал, имели разного рода дефекты и неровности. [9]
В 1811 году он сконструировал печь нового типа , и во время второго сеанса плавки, когда он расплавил большое количество стекла, он обнаружил, что может производить бесцветное стекло , которое, если взять со дна сосуда, содержащего примерно 224 фунта стекла, стекло имело такую же преломляющую силу, как и стекло, снятое с поверхности. Он обнаружил, что английское кроновое стекло и немецкое столовое стекло содержат дефекты, которые имеют тенденцию вызывать неравномерное преломление. В более толстых и больших стеклах таких дефектов было бы еще больше, так что в более крупных телескопах такое стекло не подходило бы для объективов. Соответственно, Фраунгофер изготовил свое собственное коронное стекло. [9]
Считалось, что точное определение способности данной среды преломлять лучи света и разделять различные цвета, которые они содержат, затруднялось отсутствием точных границ между цветами спектра , что затрудняло точное измерение угла рефракция. Чтобы устранить это ограничение, Фраунгофер провел серию экспериментов с целью искусственного получения однородного света и, не имея возможности напрямую воздействовать на свой объект, 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 яркую оранжевую линию, 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 образовались при прохождении света через атмосферу Земли . Если бы это было так, они бы не появлялись в разных аранжировках. Он пришел к выводу, что линии берут начало в природе звезд и Солнца и несут информацию об источнике света, независимо от того, насколько далеко этот источник находится. [2] Он обнаружил, что спектры Сириуса и других звезд первой величины отличаются от Солнца и друг от друга, тем самым основав звездную спектроскопию . [12]
Позже было показано, что эти темные фиксированные линии в основном представляют собой линии атомного поглощения, как объяснили Кирхгоф и Бунзен в 1859 году [13], а остальные были идентифицированы как теллурические линии , возникающие в результате поглощения молекулами кислорода в атмосфере Земли . Эти строки до сих пор в его честь называются линиями Фраунгофера ; его открытие вышло далеко за пределы полдюжины видимых делений солнечного спектра, 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 получил линейчатые спектры и первым измерил длины волн спектральных линий с помощью дифракционной решетки.
Однако в конечном итоге его основной страстью по-прежнему оставалась практическая оптика; однажды он написал: «Во всех своих экспериментах я мог из-за нехватки времени уделять внимание только тем вещам, которые, казалось, имели отношение к практической оптике». [17]
Фраунгофер производил для своей фирмы различные оптические приборы. [8] Сюда входили дерптский рефрактор Фраунгофера, используемый Струве (доставленный в 1824 году в Дерптскую обсерваторию ), и гелиометр Бесселя (доставленный посмертно), которые оба использовались для сбора данных о звездном параллаксе . Преемник фирмы, Мерц унд Малер, изготовил телескоп для Новой Берлинской обсерватории, подтвердивший существование большой планеты Нептун . Возможно, последний объектив телескопа , изготовленный Фраунгофером, был поставлен для транзитного телескопа в Городской обсерватории в Эдинбурге , [18] сам телескоп был завершен Репсольдом из Гамбурга после смерти Фраунгофера.
т.97, №6, с.339-347