Vạch Fraunhofer

Trong vật lý và quang học, các vạch Fraunhofer là một tập hợp các vạch hấp thụ quang phổ được đặt theo tên của nhà vật lý người Đức Joseph von Fraunhofer (1787-1826). Các vạch ban đầu được quan sát là các đặc trưng tối (vạch quang phổ) trong quang phổ của Mặt trời.

 

Năm 1802, nhà hóa học người Anh William Hyde Wollaston là người đầu tiên ghi nhận sự xuất hiện của một số đặc trưng tối trong quang phổ mặt trời. Năm 1814, Fraunhofer đã tái khám phá một cách độc lập các vạch và bắt đầu nghiên cứu một cách có hệ thống và đo các bước sóng nơi các đặc điểm này được quan sát. Tổng cộng, ông đã ánh xạ hơn 570 vạch quang phổ, phân ra các đặc trưng chính (vạch) với các chữ cái từ A đến K và các vạch yếu hơn với các chữ cái khác. Các quan sát hiện đại về ánh sáng mặt trời có thể phát hiện ra hàng ngàn vạch.

Khoảng 45 năm sau Kirchhoff và Bunsen nhận thấy rằng một số vạch Fraunhofer trùng với các vạch phát xạ đặc trưng được xác định trong quang phổ của các phần tử nóng. Người ta đã suy luận chính xác rằng các vạch tối trong quang phổ mặt trời là do sự hấp thụ bởi các nguyên tố hóa học trong khí quyển mặt trời. Một số đặc điểm quan sát được xác định là các đường Telluric có nguồn gốc từ sự hấp thụ bởi các phân tử oxy trong bầu khí quyển của Trái đất.

Các vạch Fraunhofer là các vạch hấp thụ quang phổ điển hình. Các vạch hấp thụ là các vạch tối, các vùng hẹp có cường độ giảm, đó là kết quả của các photon bị hấp thụ khi ánh sáng truyền từ nguồn tới máy dò. Trong Mặt trời, các vạch Fraunhofer là kết quả của vùng khí trong quang quyển, khu vực bên ngoài của mặt trời. Khí trong không gian lạnh hơn các vùng bên trong và hấp thụ ánh sáng phát ra từ các vùng đó.

Các vạch Fraunhofer chính và các yếu tố được liên kết với chúng được hiển thị trong bảng sau:

 

Các vạch Fraunhofer C, F, G' và h tương ứng với các vạch alpha, beta, gamma và delta của chuỗi phát xạ Balmer của nguyên tử hydro. Các chữ cái Fraunhofer bây giờ hiếm khi được sử dụng cho các vạch đó.

Các vạch D₁ và D₂ tạo thành "cặp đôi natri" nổi tiếng, bước sóng trung tâm của chúng (589,29 nm) được đặt chữ cái "D". Chỉ định lịch sử cho vạch này đã bị gián đoạn và gán cho tất cả các chuyển đổi giữa trạng thái cơ bản và trạng thái kích thích đầu tiên của các nguyên tử kiềm khác. Các vạch D₁ và D₂ tương ứng với sự phân chia cấu trúc mịn của các trạng thái kích thích. Điều này có thể gây nhầm lẫn bởi vì trạng thái kích thích cho quá trình chuyển đổi này là trạng thái P của kiềm và không nên nhầm lẫn với trạng thái D cao hơn.

Các chữ cái Fraunhofer H và K vẫn được sử dụng cho cặp song song calci-II trong phần màu tím của quang phổ, có tính quan trọng trong quang phổ thiên văn.

Lưu ý rằng có sự bất đồng trong tài liệu đối với một tên vạch; ví dụ, vạch d Fraunhofer có thể được đề cập đến là vạch sắt màu lục lam ở số 466.814 nm, hoặc thay thế cho dòng helium màu vàng (cũng được dán nhãn D₃) tại 587.5618 nm. Tương tự, có sự mơ hồ với hệ tham chiếu dòng điện tử, vì nó có thể đề cập đến các vạch phổ của cả sắt (Fe) và thủy ngân (Hg). Để giải quyết sự không rõ ràng phát sinh trong quá trình sử dụng, các tên vạch Fraunhofer không rõ ràng được đặt trước bởi phần tử mà chúng được liên kết (ví dụ: vạch Thủy ngân e và vạch Helium d).

Do bước sóng đã được xác định rõ, các vạch Fraunhofer thường được sử dụng để mô tả chỉ số khúc xạ và tính chất tán sắc của vật liệu quang học.

• Số Abbe, số đo độ phân tán thủy tinh được xác định bằng các dòng Fraunhofer
• Dòng thời gian của thiên văn học mặt trời
• Phân tích phổ

Myles W. Jackson, Joseph von Fraunhofer và Craft of Precision Optics (MIT Press, 2000).

• Fraunhofer Lines at Science.Jrank