«Каждый охотник желает знать, где сидит фазан» – благодаря этой нехитрой фразе многие из нас пытались запомнить цвета чудесного явления радуги. Начальная буква каждого слова обозначает цвет – красный, оранжевый, желтый, зеленый, голубой, синий, фиолетовый. Весь этот непрерывный ряд цветных полос, получаемый путем разложения луча белого света на составные части называется спектр. Как же происходит его разложение?
Радугу мы видим, только во время дождя и солнца. Когда белые лучи попадают на капельки воды, они преломляются, а затем, возвращаясь к нам под углом в 42 градуса, расщепляется на составные части от красного до фиолетового цвета.
Заметим, что радуга может наблюдаться только в стороне, противоположной Солнцу. Если встать лицом к радуге, то Солнце окажется сзади. Яркость оттенков и ширина радуги зависят от размера капель дождя. Чем крупнее капли, тем уже и ярче радуга, тем в ней больше красного насыщенного цвета. Если идёт мелкий дождик, то радуга получается широкая, но с блёклыми оранжевыми и жёлтыми краями. Чаще всего мы видим радугу в форме дуги, но дуга – это лишь часть радуги. Радуга имеет форму окружности, но мы наблюдаем лишь половину дуги, потому что её центр находится на одной прямой с нашими глазами и Солнцем.
Одним из первых, кто начал исследовать спектр, был Исаак Ньютон. В 1665-1667 гг. он, занимаясь усовершенствованием телескопов, обратил внимание на то, что изображение, даваемое объективом, по краям окрашено, данное наблюдение его очень заинтересовало, и он решил разгадать природу возникновения цветных полос. Исследуя природу цветов, Ньютон придумал и выполнил целый комплекс различных оптических экспериментов. Некоторые из них без существенных изменений в методике, используются в физических лабораториях до сих пор. Главный опыт был традиционным. Проделав небольшое отверстие в ставне окна затемнённой комнаты, Ньютон поставил на пути пучка лучей, проходивших через это отверстие, стеклянную призму. На противоположной стене он получил изображение в виде полоски чередующихся цветов. Полученную таким образом цветную полоску солнечного света Ньютон разделил на семь цветов радуги – красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий, фиолетовый.
Ньютон заложил основы оптической спектроскопии: в своем труде «Оптика» он описал все три используемых поныне метода разложения света – преломление, интерференцию и дифракцию, а его призма с коллиматором, щелью и линзой была первым спектроскопом.
Следующий этап развития спектроскопии наступил через 100 лет, когда Уильям Волластон в 1802 г. наблюдал тёмные линии в солнечном спектре, но не придал своим наблюдениям значения. В 1814 г. эти линии независимо обнаружил и подробно описал Йозеф Фраунгофер (1787-1826) (сейчас линии поглощения в солнечном спектре называются линиями Фраунгофера), но не смог объяснить их природу. Фраунгофер описал свыше 500 линий в солнечном спектре.
В 1854 г. Густав Кирхгоф и Роберт Бунзен начали изучать спектры пламени, окрашенного парами металлических солей, и в результате ими были заложены основы спектрального анализа, первого из инструментальных спектральных методов. Спектроскоп для исследования пламени свечи хранится в Музее-лаборатории Е.К. Завойского фирмы E. Leibold’s Nachfolger, произведенный в Кельне в 1910 г.
Работа Кирхгофа позволила объяснить природу фраунгоферовых линий в спектре Солнца и определить химический (или, точнее, элементный) состав его атмосферы.
Фактически, спектральный анализ открыл новую эпоху в развитии науки. В конечном итоге, это привело к появлению квантовой механики: Макс Планк пришёл к идее кванта в процессе работы над теорией спектра абсолютно чёрного тела.
В 1910 г. были получены первые неэлектромагнитные спектры: Дж.Дж. Томсон получил первые масс-спектры, а затем в 1919 г. Астон построил первый масс-спектрометр.
С середины XX в., с развитием радиотехники, получили развитие радиоспектроскопические, в первую очередь магнито-резонансные методы – спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР-спектроскопия, являющаяся сейчас одним из основных методов установления и подтверждения пространственной структуры органических соединений), электронного парамагнитного резонанса (ЭПР), открытого Е.К. Завойским в 1944 г. в Казанском университете и др.
Автор публикации: Ф.Р. Вагапова
