Φάσμα Απορρόφησης

Όπως πολλές επιστημονικές ανακαλύψεις, έτσι και η παρατήρηση των φασματικών γραμμών από τον Fraunhofer συνέβη εντελώς τυχαία. Ο Fraunhofer δεν έψαχνε κάτι τέτοιο. Απλά δοκίμαζε μερικά περίτεχνα πρίσματα που είχε κατασκευάσει. Όταν διοχέτευσε ηλιακό φως μέσω μιας λεπτής σχισμής και κατόπιν μέσω ενός πρίσματος, σχηματίστηκε ένα υπέροχο ουράνιο τόξο, όπως ακριβώς το περίμενε - αλλά προς μεγάλη του έκπληξη το φάσμα περιείχε μία σειρά από σκοτεινές γραμμές.



Σκοτεινές γραμμές; Αυτό είναι το ανάποδο από όσα λέγαμε ως τώρα. Μου λέγατε οτι διαφορετικά στοιχεία δημιουργούν μία σειρά από λαμπρές γραμμές σε ορισμένα μήκη κύματος.

Αυτό συμβαίνει όταν κάποιο στοιχείο θερμαίνεται. Με βάση το μοντέλο του Bohr, θερμαίνοντας τα άτομα τους δίνεις λίγη παραπάνω ενέργεια, έτσι μερικά από τα ηλεκτρόνιά τους μπορεί να πηδήξουν σε υψηλότερα ενεργειακά επίπεδα. Κατόπιν, όταν ένα από αυτά τα ηλεκτρόνια υποβιβάζεται ενεργειακά, εκπέμπει ένα φωτόνιο - φυσικά, σε μία από τις εξειδικευμένες, γι' αυτό το στοιχείο, συχνότητες.

Και αυτά τα φωτόνια σχηματίζουν τις φωτεινές γραμμές στο φάσμα που μου δείξατε.



Ακριβώς - και ονομάζεται φάσμα εκπομπής. Ωστόσο υπάρχει και ένας άλλος τρόπος με τον οποίο τα στοιχεία σχηματίζουν φάσμα. Υποθέστε οτι αντί για ένα θερμό δείγμα κάποιου στοιχείου, έχετε το στοιχείο σε δροσερή αέρια μορφή. Τώρα ας βάλουμε μια πηγή λευκού φωτός - που περιέχει όλα τα ορατά μήκη κύματος - να φωτίζει πίσω από το αέριο. Καθώς τα φωτόνια της φωτεινής πηγής διέρχονται μέσα από το αέριο, μερικά από αυτά μπορεί να λογοφέρουν με τα άτομα - υπό την προϋπόθεση οτι θα έχουν ακριβώς τη σωστή συχνότητα για να ανυψώσουν ένα ηλεκτρόνιο αυτού του στοιχείου σε υψηλότερο ενεργειακά επίπεδο. Έτσι, τα φωτόνια αυτών των συγκεκριμένων συχνοτήτων απορροφόνται από το αέριο. Βέβαια, όπως πρόσεξες και πριν, τα άτομα του αερίου είναι «διαφανή» στα φωτόνια των άλλων συχνοτήτων ...

Κι έτσι όλες οι άλλες συχνότητες θα περάσουν ανενόχλητες, okay. Τέλος, το φάσμα του φωτός που πέρασε μέσα από το αέριο, θα έχει μερικά κενά, στις συχνότητες που απορροφήθηκαν.



Έτσι ακριβώς. Το φάσμα με τις συχνότητες που λείπουν ονομάζεται φάσμα απορρόφησης. (Σημειώστε οτι οι σκοτεινές γραμμές ενός φάσματος απορρόφησης εμφανίζονται ακριβώς στις ίδιες συχνότητες όπως οι φωτεινές γραμμές στο αντίστοιχο φάσμα εκπομπής.)

Κι αυτό ήταν που είδε ο Fraunhofer;

Ναι. Με πολύ προσεκτική παρατήρηση το «συνεχές» φάσμα του ηλιακού φωτός αποδεικνύεται οτι είναι φάσμα απορρόφησης. Προκειμένου να φθάσει στη γη, το ηλιακό φως αναγκάζεται να περάσει μέσα από την ατμόσφαιρα του ήλιου, που είναι πιο δροσερή σε σχέση με το μέρος του ήλιου από όπου εκπέμπεται (το φως). Τα αέρια της ηλιακής ατμόσφαιρας απορροφούν ορισμένες συχνότητες κι έτσι προκύπτουν οι 600 τόσες σκοτεινές γραμμές που παρατήρησε ο Fraunhofer. (Τώρα ονομάζονται γραμμές Fraunhofer) προς τιμήν του.)
Ο Fraunhofer είχε πλήρη άγνοια του όλου πράγματος. Κανείς δεν πρόσφερε εξηγήσεις για τις φασματικές γραμμές παρά μόνο μετά από δεκαετίες ...