جوزيف فون فراونهوفر

جوزيف فون فراونهوفر هو فيزيائي وعالم بصريات ألماني. مولود بتاريخ 6 مارس 1787 في ستراوبنج ومتوفي بتاريخ 7 يونيو 1826 في ميونيخ، منذ 1823 أستاذاً في ميونيخ، وقد عمل فراونهوفر أساساً في مجال الضوء وحدد طول الموجة الضوئية بواسطة المحزوزات المفرقة وقام ببعض التحاليل الطيفية، وبالنسبة للفلك فإن تحسينات فراونهوفر للمنظار ذات أهمية وكذلك دراساته عن خطوط الامتصاص في طيف الشمس عرفت خطوط فراونهوفر.

حياته

ولد جوزيف فراونهوفر في شتراوبينج، في بافاريا، لفرانز زافير فراونهوفر وماريا آنا فروليخ. تيتم وهو في سن ال 11، بدأ بالعمل كمبتدئ لصانع زجاج قاسي القلب  يدعى فيليب أنتون فيشيرسبرغر . في عام 1801، انهارت ورشة العمل التي كان يعمل بها  ودفن تحت الانقاض. وقاد عملية الإنقاذ الأمير ماكسيميليان يوزيف. دخل الأمير لحياة فراونهوفر، فزوده بالكتب واجبر صاحب العمل للسماح  فراونهوفر الشاب للدراسة مع مواصلة عمله.

وكان جوزيف اوتشنايدر أيضا في موقع الكارثة، وهي حادثة ايضاً كان لها اثرها. مع المال المعطى له من قبل الأمير بعد الإنقاذ والدعم الذي تلقاه من أوتشنايدر، تمكن من مواصلة تعليمه جنبا إلى جنب مع التدريب العملي له فراونهوفر. في عام  1806قام أوتشنايدروجورج فون رايشنباخ  يأحضار فراونهوفر إلى معهدهم في لصنع الزجاج. هناك اكتشف كيفية جعل أجود أنواع الزجاج البصرية في العالم واخترع أساليب دقيقة بشكل لا يصدق لقياس التشتت.

في عام 1818، أصبح مدير معهد البصريات. ويرجع ذلك إلى الأجهزة البصرية الجميلة التي طورها، تفوقت بافاريا على انجلترا كمركز لصناعة البصريات. كانت حتى من أمثال مايكل فاراداي غير قادر على إنتاج الزجاج الذي قادر على  أن ينافس ما صنعه فراونهوفر.

حياته المهنية اللامعة حصل في نهاية المطاف على شهادة الدكتوراه الفخرية من جامعة إيرلانغن في 1822. وفي عام 1824، تم تعيينه فراونهوفر كفارس كوسام من ولاية بافاريا من الملك ماكسيميليان الأول، التي من خلالها رفع إلى شخصية  ملكية (مع عنوان "ريتر فون"، أي فارس). وفي العام نفسه، جعل هو أيضا مواطنا فخريا في ميونيخ.

مثل العديد من صناع الزجاج في عصره الذين اصيبوا بالتسمم عن طريق أبخرة المعادن الثقيلة، توفي فراونهوفر الشاب، في عام 1826 في سن ال 39. ويعتقد أن أهم اسرار صناعة الزجاج قد وارت الثرى معه.

إسهامات جوزيف فرانهوفر في مجال دراسة الضوء

يعني مفهوم علم الطيف رؤية الألوان المتعلقة الفوه على وجه التقريب، وهو يعد أداة فعالة في مجال العلوم الآن. وترجع أصول هذا العلم - مثله مثل الكثير من العلوم الأخرى - إلى العالم إسحاق نيوتن. ففي عام ١٦٧٢ ، ذكر نيوتن أن ضوء الشمس المار من خلال المنشور الزجاجي ينكسر ويتحول إلى سلسلة من الألوان المتصلة وهي ألوان قوس قزح ابتداء من اللون الأحمر وحتى البنفسجي.

عندما يمر الضوء الأبيض من خلال المنشور أو شبكة الحيود، فإن الألوان التي تظهر فيه تنفصل لتكون سلسلة ألوان الطيف المعروفة أو ألوان قوس قزح ابتداء من اللون البنفسجي وحتى الأحمر.

إذا مر الضوء الأبيض لأول مرة خلال غاز الهيدروجين، لن تظهر جميع الألوان. ولكن ستظهر أشرطة أو"خطوط" سوداء ضيقة أمام بقية ألوان الطيف كما لو أن هذه الألوان قد تم حذفها. تعرف هذه العملية بالطيف الامتصاصي. يظهر هنا أربعة خطوط من الألوان محددة بالرموز α وβ وγ وδ.

إذا تم تسخين الهيدروجين حتى يتوهج في الحجرة المظلمه يتلون، معظم "طيف الانبعاث" الخاص به باللون الأسود. ولكن تظهر أيضاً خطوط من الألوان البراقة - خط أحمر وآخر أخضر مائل إلى الزرقة وخطان من اللون البنفسجي في الأماكن نفسها التي انبعثت منها الخطوط السوداء في الطيف الامتصاصي. يعد هذا الشكل من الخطوط إحدى السمات التي تميز عنصر الهيدروجين. قام العالم نيلز بور في عام ١٩١٣ بتفسير الطريقة التي تنتج بها هذه الخطوط.

تأثير الإزاحة الحمراء (١٩١٢). فإذا تلاشى مصدر الضوء الهيدروجيني (لنفترض مثلاً أنه لأحد النجوم)، تنزاح تلك الخطوط المميزة باتجاه الطرف الأحمر لسلسلة ألوان الطيف. فتصبح α هي الأحمر الداكن وβ هي أخضر بدلاً من الأخضر المائل إلى الزرقة وتتحول γ إلى الأزرق. إن مقدار الإزاحة الحمراء هو المقياس الذي يعبر عن مدى سرعة تلاشي الشيء.

بعد ذلك بمائة عام تقريبا وفي عام ١٧٥١ ، استخدم الاسكتلندي توماس ملفيل المنشور الزجاجي مرة أخرى ولكن في هذه المرة استخدمه لكي يرى الضوء الصادر من اللهب الذي يتم فيه نثر بلورات من الملح. رأى ملفيل الألوان ولكنها لا تنتشر في صورة متواصلة. تظهر قبالة الخلفية السوداء خطوط من الألوان الخالصة شديدة التوهج. فأدرك أن الألوان الظاهرة تعتمد على نوع الملح المنثور في اللهب.

عاد الإنجليزي وليم وولاستون في عام ١٨٠٢ مرة أخرى إلى العمل الذي قام به نيوتن ولكنه استخدم تجهيزات أفضل بكثير لقد شاهد وولاستون الانتشار المتواصل للألوان في طيف ضوء الشمس مع وجود شيء آخر أيضا. تتقاطع خلفية الألوان مع العشرات من الخطوط السوداء الرفيعة التي دائم ما تبدو في الأماكن نفسها في سلسلة الطيف كما لو أن بعضا من الألوان المحددة مفقودة. لم يستفد وولاستون كثيراً من هذه النتائج ولم يجد أية علاقة تربطها بما توصل إليه ملفيل حتى وإن كان يعلم الكثير عن ذلك.

في حوالي عام ١٨١٤، انشغل الألماني جوزيف فرانهوفر بأسلوبه المنهجي؛ فقام بصناعة المعدات البصرية وبدأ بانكسار ضوء الشمس إلى ألوان ليثبت كفاءة المنشور الذي صنعه فحسب. لقد أوضح بتفصيل دقيق الخطوط السوداء في سلسلة الطيف الشمسي التي تزيد بواقع 500 خط بما يفوق العدد الذي سرعان ما أطلق عليه اسم خطوط فرانهوفر.

ابتكر فرانهوفر في عام ١٨٢١ شبكة الحيود كي يسرع من أداء عمله. كانت هذه الآلة نتاج تجربة "الشق المزدوج" التي أثبتها توماس يونج في عام ١٨٠١. أوضح يونج أن الضوء المار من خلال شقين ينكسر إلى العديد من الألوان. ضاعف فرانهوفر من هذا التأثير عن طريق مرور الضوء من خلال المئات من الخطوط المتوازية المخدوشة على قطعة من الزجاج مما يؤدي إلى ظهور المئات من الشقوق. واكتشف أنه كلما اقتربت هذه الخدوش، انتشرت الألوان بصورة أكبر واستطاع قياسها بصورة أكثر دقة.

إن الخطوط المضيئة التي رآها ملفيل يمكن دراستها باستخدام الشبكات. تم التعرف بعدها مباشرة على"طيف الانبعاث" المتعلق بالعشرات من الغازات الساخنة والمواد الصلبة القابلة للتبخر، واتبع الباحثون اقتراح العالم الإنجليزي جون هيرشل في عام ١٨٢٣ الذي مفاده أن الطيف يمكن استخدامه كدليل يعمل على تعيين العناصر الموجودة في عينة ما. وكعالم من علماء الفلك، كان من الممكن أن يسعد هيرشل بما أدى إليه هذا الاكتشاف.