光譜學(xué)是光學(xué)的一個分支學(xué)科，它研究各種物質(zhì)的光譜的產(chǎn)生機器物質(zhì)之間的相互作用。而光譜是一類借助光柵、棱鏡、傅里葉變換等分光手段將一束電磁輻射的某項性質(zhì)解析成此輻射的各個組成波長對比性質(zhì)的貢獻的圖表。

人類觀察到的第一種光譜，無疑是天空中的彩虹，自然界中另一個引人注目的光譜現(xiàn)象是極光。

從牛頓發(fā)現(xiàn)白光是由各種顏色的光組成的開始算起的話，人類對光譜的研究已經(jīng)有350年的歷史了?，F(xiàn)在，光譜學(xué)的應(yīng)用極為廣泛而多樣化。他提供了長度與時間的基本單位。同時廣泛應(yīng)用于分析工作、天文學(xué)以及衛(wèi)星等各個領(lǐng)域。

今天我們來認識12位為光譜學(xué)的發(fā)展而努力的科學(xué)家，別說你只認識第一個......

對可見光譜所作的首次科學(xué)研究是1666年牛頓的著名色散實驗，這是人類最早對光譜的研究。

通過玻璃棱鏡的太陽光分解成了從紅光到紫光的各種顏色的光譜，他發(fā)現(xiàn)白光是由各種顏色的光組成的，可惜的是并未觀察到光譜譜線。

1802年，英國科學(xué)家沃拉斯頓采用了窄的狹縫。發(fā)現(xiàn)太陽光譜中的7條暗線，這是光譜學(xué)的一個重大進展，因為采用狹縫的像進行研究要比針孔的像進行研究容易得多。但沃拉斯頓并未就此深入研究，錯誤以為是顏色的分界線。

德國物理學(xué)家夫瑯和費（1787～1826），也獨立地采用了狹縫，在研究玻璃對各種顏色光發(fā)折射率時偶然發(fā)現(xiàn)了燈光光譜中的橙色雙線。

1814年，發(fā)現(xiàn)太陽光譜中的許多暗線；1822年，夫瑯和費用鉆石刻刀在玻璃上刻劃細線的方法制成了衍射光柵。

圖：夫瑯和費線

夫瑯和費是第一位用衍射光柵測量波長的科學(xué)家，被譽為光譜學(xué)的創(chuàng)始人。夫瑯和費利用自己的狹縫和光柵得以編排太陽光譜里576條狹窄的、暗的“夫瑯和費線”。夫瑯和費線是光譜中最早的基準標識，對這些暗線的解釋一直是其后45年中的一個重要問題。

來自海德堡大學(xué)的物理學(xué)教授基爾霍夫（1824～1887）給出了夫瑯和費線的答案。他斷言：“夫瑯和費線”與各種元素的原子發(fā)射譜線處于相同波長的位置。這些黑線的產(chǎn)生是由于在太陽外層的原子溫度較低，因而吸收了由較高溫度的太陽核心發(fā)射的連續(xù)輻射中某些特定波長造成的。這種吸收與發(fā)射之間的關(guān)系導(dǎo)致他創(chuàng)建了現(xiàn)在眾所周知的基爾霍夫定律。

德國科學(xué)家本生與基爾霍夫在19世紀60年代發(fā)展起實用光譜學(xué)，他們系統(tǒng)地研究了多種火焰光譜和火花光譜，并指出，每一種元素的光譜都是獨特的，并且只需極少里的樣品便可得到，這樣，他們就牢固地建立起光譜化學(xué)分析技術(shù)。

并利用這種方法發(fā)現(xiàn)了兩種新元素：銣和銫。這兩種元素的發(fā)現(xiàn)是卓越的，因為他比門捷列夫提出的能預(yù)言未知元素的周期律還早10年。這是通過光譜分析方法發(fā)現(xiàn)的一些元素中的第一批元素。同時人類應(yīng)用光譜技術(shù)共發(fā)現(xiàn)了18種元素。

他們研究了太陽光，并且首次對環(huán)繞太陽的大氣層作了化學(xué)分析，指出環(huán)繞太陽的大氣也是由地球上已知的那些元素組成的。1859年，本生和基爾霍夫還研制出了第一臺實用的光譜儀。

1868年，瑞典物理學(xué)家埃格斯特朗發(fā)表了“標準太陽光譜”圖表，記載了上千條夫瑯和費譜線的波長，為光譜學(xué)研究提供了有價值的標準，而埃格斯特朗也被稱為“光譜學(xué)的奠基人”。為紀念埃格斯特朗將波長的單位定為埃。

1882年，美國物理學(xué)家羅蘭（1848～1901）研制出平面光柵和凹面光柵，獲得了極其精密的太陽光譜，譜線多達20000多條，新編制的“太陽光譜波長表”被作為國際標準，使用長達30年之久。

從事天文測量的瑞士科學(xué)家巴耳末（英：ohann Balmer）找到一個經(jīng)驗公式來說明已知的氫原子譜線的位置，此后便把這一組線稱為巴耳末系。

1889年，瑞典光譜學(xué)家里德伯（瑞典語：Johannes Robert Rydberg）發(fā)現(xiàn)了許多元素的線狀光譜系，其中最為明顯的為堿金屬原子的光譜系，它們也都能滿足一個簡單的公式。

1896年，塞曼（英語：Pieter Zeeman）把光源放在磁場中發(fā)現(xiàn)了觀察原子光譜在磁場中的分裂現(xiàn)象，并且這些譜線都是偏振的。現(xiàn)在把這種現(xiàn)象稱為塞曼效應(yīng)。

1897年，洛倫茲對于塞曼效應(yīng)作了滿意的解釋。洛倫茲認為一切物質(zhì)分子都含有電子，陰極射線的粒子就是電子。把以太與物質(zhì)的相互作用歸結(jié)為以太與電子的相互作用。

這一理論成功地解釋了塞曼效應(yīng)，與塞曼一起獲1902年諾貝爾物理學(xué)獎。塞曼效應(yīng)不僅在理論上具有重要意義，而且在應(yīng)用中也是重要的。在復(fù)雜光譜的分類中，塞曼效應(yīng)是一種很有用的方法，它有效地幫助了人們對于復(fù)雜光譜的理解。

盡管氫原子光譜線的波長的表示式十分簡單，不過當時人們對其起因卻茫然不知，一直到1913年，丹麥科學(xué)家玻爾才對它作出了明確的解釋。

但玻爾理論并不能解釋所觀測到的原子光譜的各種特征，即使對于氫原子光譜的進一步的解釋也遇到了困難。

來源：云之光照明微課堂

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