Тайны стеклянной призмы

Вспомним теперь, что показатель преломления зависит от частоты колебаний световой волны. Поэтому если луч белого света, в котором "смешаны" лучи с разной частотой колебаний, пройдет через стеклянную призму, то световые волны с большей частотой колебаний сильнее отклонятся от своего первоначального пути. Люди долгое время думали, что дневной белый свет самый простой. Ньютон доказал, что он состоит из цветных лучей. Пропустив солнечный свет через призму, он получил цветную полосу - спектр (рис. 12).

Спектр получали и до Ньютона. Но появление цветной полосы объясняли воздействием вещества призмы на белый свет, заставляющим менять его свою естественную белую окраску. Ньютон же доказал, что белый свет состоит из цветных лучей всегда, даже в отсутствие призмы. Выделив диафрагмой зеленый луч, Ньютон направил его на другую призму. Такой луч уже не разлагался на составляющие. Его Ньютон назвал монохроматическим (в переводе с греческого - одноцветный). В монохроматическом излучении световая волна колеблется с какой-то определенной частотой. Ньютон, чтобы окончательно доказать, что белый свет сложный, получил его смешением монохроматических лучей.

Однажды немецкий химик Р. Бунзен заметил, что в пламени изобретенной им очень жаркой горелки многие вещества превращаются в пар и окрашивают пламя в характерный для них цвет. Так, медь давала зеленое пламя, поваренная соль - желтое, а стронций - малиново-красное. Казалось, что, стоит только поместить в горелку вещество, и сразу же без утомительно долгих химических процедур по цвету пламени можно будет определить его состав. Однако задача оказалась не такой простой. Вскоре Бунзен убедился, что различные вещества могут давать пламя, которое нашему глазу кажется одинаковым по цвету. Он уже подумывал бросить свою затею, но неожиданный выход из положения подсказал ему профессор физики Г. Кирхгоф. По совету Кирхгофа свет окрашенного пламени горелки решено было пропустить через призму и наблюдать его спектр. Этот путь оказался плодотворным. Спектр каждого химического элемента отличался от спектров всех других. Например, отличить глазом, каким из двух элементов - литием или стронцием - окрашено пламя, невозможно: пламя всегда одного, малиново-красного, цвета. Если же свет "литиевого" пламени пропустить через призму, то получается яркая красная линия и рядом с ней слабая оранжевая. Стронций же дает голубую, две красных, оранжевую и желтую линии. Так был открыт метод спектрального анализа химических элементов. Ученые расшифровали язык света, и свет начал рассказывать им о составе испускающего излучение вещества.

В 1859 г. Бунзен и Кирхгоф открыли оптические методы анализа, а спустя почти десять лет, в 1868 г., французский астроном Ж. Жансен и английский астроном Н. Локьер независимо друг от друга с помощью спектрального анализа открыли на Солнце новый, неизвестный элемент - гелий. Открытие было сделано на расстоянии 150 млн. км от нашей планеты. Это было настоящим чудом. Лишь через 27 лет гелий был найден английским ученым У. Рам-заем в земном минерале клевеите.

Другие возможности спектроскопа не менее удивительны. С его помощью можно измерять скорость движения источников света. Оказывается, спектр источника света сдвигается в область длинных волн, если источник удаляется от наблюдателя, и в область коротких волн, если источник движется к наблюдателю (эффект Доплера). По этому сдвигу нетрудно определить скорость излучателя. Таким именно путем ученые-астрономы измерили скорости удаляющихся от Солнечной системы галактик. Но не только скорость можно измерять спектроскопом. Еще в 1896 г. голландский ученый П. Зееман наблюдал влияние магнитного поля на спектры раскаленных газов. Оказалось, что в сильном магнитном поле у зелено-голубой линии кадмия появляются еще два спутника с частотами v - дельта v и v + дельта v, если наблюдение вести поперек магнитного поля. В случае наблюдения вдоль магнитного поля вместо линии с частотой v появляются две линии с частотами v + дельта v и v - дельта v. Поэтому по спектру вещества можно судить не только о величине, но и о направлении магнитного поля, в котором находится светящееся вещество (рис. 13).

Еще 300 лет назад Галилей наблюдал темные пятна на Солнце. И вот оказалось, что солнечные пятна - громадные магнитные острова. Это установил с помощью спектроскопа американский ученый Д. Хейл в 1908 г., спустя 12 лет после открытия Зеемана. Он направлял свет солнечного пятна в спектроскоп и убеждался, что спектр излучения солнечного пятна такой же, как и спектр раскаленных газов, помещенных в магнитное поле.

перейти к началу страницы