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Líneas de Fraunhofer

Espectro del cielo azul, de 380 a aproximadamente 740 nanómetros (nm). [ 1 ] Se observan descensos en la intensidad como líneas oscuras en las longitudes de onda de las líneas d...

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Espectro del cielo azul, de 380 a aproximadamente 740 nanómetros (nm). [ 1 ] Se observan descensos en la intensidad como líneas oscuras en las longitudes de onda de las líneas de Fraunhofer (por ejemplo, las características G, F, b, E, B). La escala vertical no es realmente proporcional a la intensidad.

Las líneas de Fraunhofer son un conjunto de líneas de absorción espectral . Son líneas de absorción oscura , visibles en el espectro óptico del Sol , y se forman cuando los átomos de la atmósfera solar absorben la luz emitida por la fotosfera solar . [ 2 ] Estas líneas reciben su nombre del físico alemán Joseph von Fraunhofer , quien las observó en 1814.

Descubrimiento

Espectro solar con líneas de Fraunhofer tal como aparece visualmente.

En 1802, el químico inglés William Hyde Wollaston [ 3 ] fue la primera persona en notar la aparición de varias características oscuras en el espectro solar. [ 4 ] En 1814, Joseph von Fraunhofer redescubrió independientemente las líneas y comenzó a estudiar y medir sistemáticamente sus longitudes de onda . Cartografió más de 570 líneas, designando las más prominentes con las letras de la A a la K y las líneas más débiles con otras letras. [ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ] Las observaciones modernas de la luz solar pueden detectar muchos miles de líneas.

Aproximadamente 45 años después, Gustav Kirchhoff y Robert Bunsen [ 9 ] observaron que varias líneas de Fraunhofer coinciden con líneas de emisión características identificadas en los espectros de elementos químicos calentados. [ 10 ] Infirieron que las líneas oscuras en el espectro solar son causadas por la absorción de elementos químicos en la atmósfera solar. [ 11 ] Algunas de las otras características observadas fueron identificadas como líneas telúricas originadas por la absorción de moléculas de oxígeno en la atmósfera terrestre .

Fuentes

Las líneas de Fraunhofer son líneas de absorción espectral típicas. Las líneas de absorción son regiones estrechas de intensidad reducida en un espectro, resultado de la absorción de fotones a medida que la luz pasa de la fuente al detector. En el Sol, las líneas de Fraunhofer se deben al gas presente en la atmósfera y la fotosfera exterior . Estas regiones tienen temperaturas más bajas que el gas de la fotosfera interior y absorben parte de la luz que esta emite.

Nomenclatura

Las principales líneas de Fraunhofer, y los elementos con los que están asociadas, se muestran en la siguiente tabla:

Irradiancia espectral solar medida con un espectrómetro calibrado (Flame S-XR1-ES, Ocean Insight). La medición se realizó en un día soleado, el 13 de junio de 2022 al mediodía, desde Hauterive, Suiza (47°01′N 6°58′E). Para fotometría y colorimetría, las mediciones estándar se realizan habitualmente en el rango de 360 ​​a 830 nm (área resaltada). Temperatura de color correlacionada (CCT): 5470 K.
Irradiancia espectral solar medida con un espectrómetro óptico calibrado . Algunas de las líneas características de Fraunhofer y sus elementos correspondientes se indican para el espectro visible extendido (área resaltada en el gráfico). Para fotometría y colorimetría, las mediciones estándar se realizan habitualmente en el rango de 360 ​​a 830 nm. A partir de estos datos y para este rango espectral, la temperatura de color correlacionada (TCC) es de 5470 K.
Demostración de las líneas de emisión D2 de sodio de 589 nm (  izquierda ) y 590 nm (derecha) utilizando una mecha con agua salada en una llama. 

Las líneas C, F, G′ y h de Fraunhofer corresponden a las líneas alfa, beta, gamma y delta de la serie de Balmer de líneas de emisión del átomo de hidrógeno. Actualmente, las letras de Fraunhofer rara vez se utilizan para estas líneas.

Las líneas D 1 y D 2 forman un par conocido como el "doblete de sodio", cuya longitud de onda central (589,29  nm) se designa con la letra "D". Esta designación histórica se ha mantenido y se aplica también a todas las transiciones entre el estado fundamental y el primer estado excitado de los demás átomos alcalinos. Las líneas D 1 y D 2 corresponden al desdoblamiento de la estructura fina de los estados excitados.

Las  letras H y K de Fraunhofer todavía se utilizan para el doblete de calcio en la parte violeta del espectro, importante en la espectroscopia astronómica .

En la literatura existen discrepancias respecto a algunas designaciones de líneas espectrales; por ejemplo, la  línea d de Fraunhofer puede referirse a la línea cian del hierro a 466,814  nm, o bien a la línea amarilla del helio (también denominada D3 ) a 587,5618  nm. De igual modo, existe ambigüedad en cuanto a la  línea e, ya que puede referirse a las líneas espectrales tanto del hierro (Fe) como del mercurio (Hg). Para resolver las ambigüedades que surgen en su uso, las designaciones ambiguas de las líneas de Fraunhofer van precedidas del elemento al que se asocian (por ejemplo,  línea e del mercurio y  línea d del helio).

Debido a sus longitudes de onda bien definidas, las líneas de Fraunhofer se utilizan a menudo para especificar longitudes de onda estándar para caracterizar el índice de refracción y las propiedades de dispersión de los materiales ópticos.

Véase también

Referencias

  1. ↑ Starr, Cecie (2005). Biología: Conceptos y aplicaciones . Thomson Brooks/Cole. pág . 94. ISBN  978-0-534-46226-0.
  2. ↑ "Líneas de Fraunhofer | Análisis espectral, absorción y emisión | Britannica" . Enciclopedia Británica . Consultado el 28 de octubre de 2025 .
  3. ↑ Melvyn C. Usselman: William Hyde Wollaston, Encyclopædia Britannica, consultado el 31 de marzo de 2013.
  4. ↑ William Hyde Wollaston (1802) "Un método para examinar los poderes refractivos y dispersivos, mediante reflexión prismática," Philosophical Transactions of the Royal Society , 92 : 365–380; véase especialmente pág. 378.
  5. ↑ Ferguson, Kitty; Maciaszek, Miko (20 de marzo de 2014). "El vidriero que impulsó la astrofísica" . Nautilus . Archivado del original el 23 de marzo de 2014. Consultado el 8 de abril de 2018 .
  6. ↑ Hearnshaw, JB (1986). El análisis de la luz de las estrellas . Cambridge: Cambridge University Press . pág. 27. ISBN  978-0-521-39916-6.
  7. ↑ Joseph Fraunhofer (1814 - 1815) "Bestimmung des Brechungs- und Farbenzerstreuungs–Vermögens verschiedener Glasarten, in Bezug auf die Vervollkommnung acromatischer Fernröhre" (Determinación del poder refractivo y de dispersión del color de diferentes tipos de vidrio, en relación con la mejora de los telescopios acromáticos), Denkschriften der Königlichen Akademie der Wissenschaften zu München (Memorias de la Real Academia de Ciencias de Munich), 5 : 193–226; véanse especialmente las páginas 202-205 y la lámina plegada II que sigue a la página 226.en la copia zobodat.at , las láminas I y II están desplegadas y muestran las figuras 1 a 6 en su totalidad.
  8. ↑ Jenkins, Francis A.; White, Harvey E. (1981). Fundamentos de óptica (4.ª ed.). McGraw-Hill . pág . 18. ISBN   978-0-07-256191-3.
  9. ↑ Ver:
    • Gustav Kirchhoff (1859) "Ueber die Fraunhofer'schen Linien" (Siguiendo las líneas de Fraunhofer), Monatsbericht der Königlichen Preussische Akademie der Wissenschaften zu Berlin (Informe mensual de la Real Academia de Ciencias de Prusia en Berlín), 662–665.
    • Gustav Kirchhoff (1859) "Ueber das Sonnenspektrum" (Sobre el espectro del sol), Verhandlungen des naturhistorisch-medizinischen Vereins zu Heidelberg (Actas de la Asociación Médica / de Historia Natural de Heidelberg), 1 (7)  : 251–255.
  10. ↑ G. Kirchhoff (1860). "Ueber die Fraunhofer'schen Linien" . Annalen der Physik . 185 (1): 148– 150. Bibcode : 1860AnP...185..148K . doi : 10.1002/andp.18601850115 .
  11. ↑ G. Kirchhoff (1860). "Ueber das Verhältniss zwischen dem Emissionsvermögen und dem Absortsvermögen der Körper für Wärme und Licht" [ Sobre la relación entre el poder emisivo y el poder de absorción de los cuerpos hacia el calor y la luz ] . Annalen der Physik . 185 (2): 275– 301. Código Bib : 1860AnP...185..275K . doi : 10.1002/andp.18601850205 .

Lecturas adicionales

  • Myles W. Jackson; Profesor Albert Gallatin de Excelencia en Investigación de la Historia de la Ciencia en NYU-Gallatin y Profesor Myles W. Jackson (2000). Spectrum of Belief: Joseph Von Fraunhofer and the Craft of Precision Optics . MIT Press. ISBN 978-0-262-10084-7.