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가장 중요한 과학적 발견
스펙트럼 분석. 과학적 발견의 역사와 본질
태양 광선이 프리즘을 통과하면 그 뒤에 있는 화면에 스펙트럼이 나타납니다. XNUMX년 동안 우리는 이 현상에 익숙해졌습니다. 자세히 보지 않으면 스펙트럼의 개별 부분 사이에 뚜렷한 경계가 없는 것 같습니다. 빨간색은 계속해서 주황색으로, 주황색은 노란색으로 바뀌는 식입니다. 1802년에 영국의 의사이자 화학자인 William Hyde Wollaston(1766-1828)은 다른 사람들보다 더 주의 깊게 스펙트럼을 조사했습니다. Wollaston은 가시적인 질서 없이 여러 곳에서 태양 스펙트럼을 교차하는 몇 개의 예리한 검은 선을 발견했습니다. 과학자는 이러한 선에 많은 중요성을 부여하지 않았습니다. 그는 그것들의 출현이 프리즘의 특성이나 광원의 특성, 또는 다른 이차적인 원인에 의해 발생한다고 믿었습니다. 라인 자체는 스펙트럼의 유색 밴드를 서로 분리했기 때문에 그에게 관심이 있었습니다. 나중에 이 어두운 선은 실제 연구원의 이름을 영속시키는 Fraunhofer 선이라고 불렸습니다. 조셉 프라운호퍼(Joseph Fraunhofer, 1787-1826)는 11세의 나이에 부모가 사망한 후 연마 대가에게 공부하러 갔다. 일 때문에 학교에 갈 시간이 얼마 남지 않았습니다. 조셉은 14세가 될 때까지 읽고 쓸 수 없었습니다. 그러나 행복은 없었지만 불행이 도움이되었습니다. 어느 날 주인의 집이 무너졌다. 조셉이 잔해에서 옮겨졌을 때, 왕세자가 차를 몰고 지나갔다. 그는 청년을 불쌍히 여겨 상당한 돈을 건넸다. 그 청년은 연삭기를 사서 공부를 시작할 만큼 충분한 돈이 있었습니다. 지방 도시인 Benediktbeiren의 Fraunhofer는 광학 안경을 연마하는 법을 배웠습니다. Fraunhofer의 수집된 작품에 대한 서문에서 E. Lommel은 실용적인 광학에 대한 자신의 공헌을 다음과 같이 요약했습니다. "렌즈를 회전하고 연마하기 위한 새롭고 개선된 방법, 메커니즘 및 측정 도구의 도입 덕분에 ... 그는 정맥이 없는 부싯돌 유리와 크라운 유리의 충분히 큰 샘플을 얻을 수 있었습니다. 그가 발견한 방법은 특히 중요했습니다. 렌즈의 형태를 정확히 파악하여 실용광학계의 발전 방향을 완전히 바꾸어 지금까지 꿈도 꾸지 못했던 무채색 망원경을 완성했습니다. 프리즘에서 빛의 분산을 정확하게 측정하기 위해 Fraunhofer는 촛불이나 램프를 광원으로 사용했습니다. 동시에 그는 스펙트럼에서 밝은 노란색 선을 발견했는데, 이는 현재 나트륨의 노란색 선으로 알려져 있습니다. 이 선은 스펙트럼의 항상 같은 위치에 있으므로 굴절률의 정확한 측정에 사용하는 것이 매우 편리하다는 것이 곧 확인되었습니다. 그 후, Fraunhofer는 1815년 첫 작품에서 이렇게 말했습니다. "... 나는 태양 스펙트럼에서 그러한 빛나는 선을 볼 수 있는지 알아보기로 결정했습니다. 그리고 망원경의 도움으로 나는 단 한 줄도 찾지 못했지만 매우 많은 수의 날카롭고 약한 수직선이 스펙트럼의 나머지 부분보다 더 어둡고 일부는 거의 완전히 검은색으로 나타났습니다." 전체적으로 그는 574개를 세었습니다. Fraunhofer는 스펙트럼에서 이름을 지정하고 정확한 위치를 표시했습니다. 어두운 선의 위치는 엄격하게 변하지 않았으며 특히 스펙트럼의 노란색 부분에서 항상 같은 위치에 날카로운 이중선이 나타나는 것을 발견했습니다. Fraunhofer는 그것을 선 O라고 불렀습니다. 과학자는 또한 태양 스펙트럼의 어두운 선 O와 같은 위치에 있는 알코올 램프의 불꽃 스펙트럼에서 항상 밝은 이중 노란색 선이 있음을 발견했습니다. 이 발견의 중요성이 분명해진 것은 몇 년 후였습니다. 태양 스펙트럼의 어두운 선에 대한 연구를 계속하면서 Fraunhofer는 주된 사실을 깨달았습니다. 그 원인은 착시 현상이 아니라 햇빛의 본질에 있다는 것입니다. 추가 관찰 결과, 그는 금성과 시리우스의 스펙트럼에서 비슷한 선을 발견했습니다. 나중에 밝혀진 바와 같이 Fraunhofer의 한 발견은 특히 중요한 것으로 밝혀졌습니다. 우리는 이중 D선의 관찰에 대해 이야기하고 있습니다. 1814년 과학자가 연구를 발표했을 때 이 관찰은 그다지 주목받지 못했습니다. 그러나 43년 후 William Swan(1828-1914)은 나트륨 금속이 있는 상태에서 스피릿 램프 불꽃 스펙트럼의 이중 노란색 O선이 나타나는 것을 발견했습니다. 아아, 그 이전의 많은 사람들처럼 백조는 이 사실의 중요성을 깨닫지 못했습니다. 그는 결정적인 말을 한 적이 없습니다. "이 라인은 나트륨 금속에 속합니다." 1859년에 두 명의 과학자, Gustav Robert Kirchhoff(1824-1887)와 Robert Wilhelm Bunsen(1811-1899)이 간단하고 중요한 아이디어를 내놓았습니다. 하이델베르크 대학 연구소에서 그들은 다음과 같은 실험을 설정했습니다. 그들 앞에는 태양 광선만 프리즘을 통과했거나 영혼 램프의 빛만 통과했습니다. 과학자들은 동시에 건너 뛰기로 결정했습니다. 결과적으로 그들은 L.I. Ponomarev : "태양 광선 만 프리즘에 떨어지면 분광기의 눈금에서 평소 위치에 어두운 선 O가있는 태양의 스펙트럼을 보았습니다. 연구원이 불타는 영혼을 배치해도 어두운 선은 여전히 그 자리에 남아있었습니다. 그러나 그들이 햇빛의 경로에 스크린을 놓고 알코올 램프의 빛으로만 프리즘을 비추었을 때 어두운 선 O 대신에 밝은 노란색 나트륨 선 O가 분명히 나타났습니다. Kirchhoff와 Bunsen은 화면을 제거했습니다. O 라인이 다시 어두워졌습니다. 그런 다음 그들은 태양 광선을 뜨거운 몸체의 빛으로 대체했습니다. 결과는 항상 같았습니다. 밝은 노란색 선 대신 어두운 색이 나타납니다. 즉, 영혼 램프의 불꽃은 항상 자신이 방출하는 광선을 흡수했습니다. 이 사건이 두 교수를 흥분시킨 이유를 이해하기 위해 그들의 추론을 따라가 보자. 영혼 램프 불꽃의 스펙트럼에서 밝은 노란색 O 라인은 나트륨이 있을 때 나타납니다. 태양의 스펙트럼에서 정체를 알 수 없는 어두운 선이 같은 위치에 있습니다. 뜨거운 몸체에서 나오는 빔의 스펙트럼은 연속적이며 그 안에 어두운 선이 없습니다. 그러나 그러한 광선이 알코올 램프의 불꽃을 통과하면 그 스펙트럼은 태양의 스펙트럼과 다르지 않습니다. 또한 같은 위치에 어두운 선이 있습니다. 그러나 우리는 이미 이 어두운 선의 성질을 거의 알고 있으며, 어쨌든 그것이 나트륨에 속한다고 추측할 수 있습니다. 따라서 관찰 조건에 따라 나트륨 O 선은 밝은 노란색이거나 노란색 배경에 어두운 색일 수 있습니다. 그러나 두 경우 모두이 선의 존재는 (노란색이든 어두운 색이든 상관 없습니다!) 영혼 램프의 불꽃에 나트륨이 있음을 의미합니다. 그리고 투과된 빛의 알코올 램프 불꽃 스펙트럼의 이러한 선은 태양 스펙트럼의 어두운 선 O와 일치하기 때문에 태양에 나트륨이 있음을 의미합니다. 또한, 그것은 태양의 뜨거운 핵에 의해 내부에서 조명되는 가스 외부 구름에 위치하고 있습니다. 1859년 Kirchhoff가 작성한 두 페이지의 짧은 메모에는 한 번에 네 가지 발견이 포함되어 있습니다. - 각 요소에는 엄격하게 정의된 선 세트를 의미하는 고유한 선 스펙트럼이 있습니다. - 이러한 선은 지구뿐만 아니라 별에서도 물질의 구성을 분석하는 데 사용할 수 있습니다. - 태양은 뜨거운 핵과 상대적으로 차가운 뜨거운 가스 대기로 구성되어 있습니다. 태양에는 나트륨 원소가 포함되어 있습니다. 처음 세 가지 명제, 특히 태양의 구조에 대한 가설이 곧 확인되었습니다. 1868년 천문학자 얀센이 이끄는 프랑스 과학 아카데미 원정대가 인도를 방문했습니다. 그녀는 개기일식 동안 뜨거운 핵이 달의 그림자로 덮이고 코로나만 빛나는 순간에 태양 스펙트럼의 모든 어두운 선이 밝은 빛으로 번쩍임을 발견했습니다. Kirghof와 Bunsen은 두 번째 위치를 훌륭하게 확인했을 뿐만 아니라 루비듐과 세슘이라는 두 가지 새로운 원소를 발견하는 데도 이를 사용했습니다. 이것이 스펙트럼 분석이 탄생한 방법으로, 이제 먼 은하의 화학 성분을 찾고 별의 온도와 회전 속도 등을 측정하는 것이 가능해졌습니다. 나중에 전압은 요소를 여기 상태로 만드는 데 가장 자주 사용되었습니다. 전압의 영향으로 요소는 특정 파장, 즉 특정 색상을 특징으로하는 빛을 방출합니다. 이 빛은 분광기(분광기)에서 분할되며, 그 주요 부분은 유리 또는 석영 프리즘입니다. 이 경우 각각의 특정 요소의 특성을 나타내는 별도의 라인으로 구성된 스트립이 형성됩니다. 예를 들어, 광물 클레베이트는 가열되면 질소와 유사한 가스를 방출한다는 것이 이전에 알려져 있었습니다. 이 기체는 분광기로 연구했을 때 아직 알려지지 않은 새로운 비활성 기체임이 밝혀졌습니다. 전기적으로 여기되면 이전에 분광기로 태양 광선을 분석할 때 감지된 선을 방출했습니다. 이전에 태양에서 발견된 원소가 지구에서도 램지가 발견한 것은 특이한 경우였습니다. 그는 그리스어 "helios"(태양)에서 헬륨이라는 이름을 받았습니다. 오늘날 두 가지 유형의 스펙트럼이 알려져 있습니다: 연속(또는 열) 및 선. Ponomarev는 "열 스펙트럼은 모든 파장을 포함하며 고체가 가열될 때 방출되며 성질에 의존하지 않습니다. 라인 스펙트럼은 가스와 증기가 가열될 때(원자 간의 상호 작용이 작을 때) 발생하며 특히 중요한 것은 이 라인 세트가 모든 요소에 대해 고유한 일련의 개별 날카로운 선으로 구성됩니다. 또한, 원소의 라인 스펙트럼은 이러한 원소로 구성된 화합물의 유형에 의존하지 않습니다. 그러므로 그 원인은 원자의 성질에서 찾아야 한다. 원소가 선 스펙트럼의 종류에 따라 유일하고 완전하게 결정된다는 사실은 곧 모든 사람이 인정했지만 동일한 스펙트럼이 개별 원자를 특징 짓는다는 사실은 즉시 실현되지 않고 1874 년에야 실현되었습니다. 영국의 유명한 천체물리학자 Norman Lockyer(1836-1920). 그리고 그들이 깨달았을 때 그들은 즉시 불가피한 결론에 도달했습니다. 선 스펙트럼이 단일 원자 내부에서 발생하기 때문에 원자는 구조, 즉 구성 요소가 있어야합니다! 저자: Samin D.K.
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