Добро пожаловать на сайт Федерального министерства иностранных дел

Йозеф фон Фраунгофер: повелитель стекла, света и радуги

Йозеф фон Фраунгофер (в центре) объясняет друзьям принцип действия спектроскопа. Гравюра на дереве, ок. 1880 г., Рудольф Виммер.

Йозеф фон Фраунгофер (в центре) объясняет друзьям принцип действия спектроскопа. Гравюра на дереве, ок. 1880 г., Рудольф Виммер., © picture-alliance / akg-images

02.04.2020 - Статья

Баварский мастер-стеклодув Йозеф фон Фраунгофер был талантливым экспериментатором и выдающимся ученым-теоретиком. Своими исследованиями и открытиями он заложил основу спектрального анализа, оказал значительное влияние на развитие спектроскопии и возвестил новую главу в истории астрономии.

Дворянский титул для сына стекольщика

Будущий выдающийся физик и исследователь Йозеф фон Фраунгофер родился в 1787 году в семье простого стекольщика и с детства был на подхвате в мастерской отца. Позже трудолюбивого и одаренного юношу приняли учеником на зеркальную и стекольную фабрику в Мюнхене. Там с ним случилось несчастье: молодой человек попал под обрушение здания фабрики, его придавило деревянными балками и тяжелыми камнями. На помощь сбежались взволнованные горожане. Прибыл даже курфюрст Баварии Максимилиан, который лично руководил разбором завалов. После спасения юноши из-под обломков фабричной стены курфюрст стал его покровителем и способствовал его дальнейшему образованию. Богатый горожанин Утцшнейдер, который также участвовал в ликвидации разрушений, тоже принял участие в судьбе Йозефа. Когда молодому человеку исполнилось 19 лет, тот устроил его в Оптический институт, созданный при монастыре бенедиктинцев.

Талант и упорство помогли Йозефу стать искусным мастером, а позже – и директором Оптического института. Впоследствии Фраунгофер вместе со своим покровителем открыл фирму "Утцшнейдер и Фраунгофер", которая занималась изготовлением высококачественных оптических приборов и линз для телескопов, в том числе – для Берлинской обсерватории, астрономы которой в 1846 году открыли планету Нептун. Благодаря своей научной и прикладной деятельности Фраунгофер стал почетным доктором Эрлангенского университета, академиком Баварской академии наук и Академии естествоиспытателей "Леопольдина". Король Баварии наградил его Орденом почета, даровал дворянский титул и звание почетного жителя Мюнхена.

Прижизненный портрет Йозефа фон Фраунгофера, Мюнхен, Баварская академия наук.
Прижизненный портрет Йозефа фон Фраунгофера, Мюнхен, Баварская академия наук.© picture-alliance / akg-images

Вся жизнь Фраунгофера была так или иначе связана со стеклом. Его основные опыты относятся к сфере физической оптики: создание измерительных приборов и механизмов для вращения и полировки линз, изобретение окулярного микрометра и гелиометра-рефрактора, разработка метода определения формы линз, усовершенствование технологии изготовления больших ахроматических объективов. Экваториальная установка Фраунгофера позволяла поворачивать телескоп в любом направлении. Она была снабжена часовым механизмом, чтобы устройство перемещалось со скоростью, точно совпадающей с видимым движением звезд. Это позволяло отслеживать конкретные объекты на протяжении определенного времени. Большое увеличение и точные наблюдения помогали делать новые открытия.

Чудеса в призме и другие научные открытия

Кроме технических новшеств и изобретений, Фраунгофер стал автором двух классических научных трудов. В одном из них Фраунгофер-теоретик впервые упоминает о постоянных линиях солнечного спектра (впоследствии названных Фраунгоферовыми линиями) и закладывает основу для исследований в области спектрального анализа. Еще древние римляне могли призмой разложить солнечный свет в радугу. Экспериментировал в этой области и великий Ньютон: именно он назвал многоцветную полосу, выходящую из стеклянной призмы, спектром. В 1802 году английский физик Вильям Волластон в одной из своих публикаций описал наблюдения линейчатых спектров: в сплошном спектре солнечного излучения ученый обнаружил темные линии. Однако об этом открытии вспомнили лишь спустя почти десятилетие, после публикации результатов исследований Фраунгофера.

Для точных измерений дисперсии света в призмах Фраунгофер использовал в качестве источника света свечу или лампу. При этом он обнаружил в спектре яркую желтую линию, известную теперь как желтая линия натрия. Позже было установлено, что эта линия всегда находится в одном и том же месте спектра, и ее удобно использовать для точного измерения показателей преломления. Фраунгофер написал: "...я решил выяснить, можно ли видеть подобную светящуюся линию в солнечном спектре. И с помощью телескопа я обнаружил не одну линию, а чрезвычайно большое количество вертикальных линий, резких и слабых. Слабые оказались темнее остальной части спектра, а некоторые из них казались почти совершенно черными". Фраунгофер составил список из 574 линий и ввел их классификацию.

Свои опыты Фраунгофер проводил с помощью собственной разработки – спектроскопа, принцип работы которого используется до сих пор. Им исследователь снял спектр ярких звезд и, например, установил, что спектр Сириуса отличается от спектра Солнца. Это помогло разгадать тайны химического состава звезд: через полвека ученые сумели соотнести основные линии Фраунгофера с конкретными химическими элементами. Эти линии стали основой измерения на расстоянии не только химического состава, но и температуры, массы и движения звезд, наличия у них магнитного поля, планет и дисков. И если Фраунгофер сумел выделить несколько сотен таких линий, сегодня их известно несколько миллионов.

Другая заслуга Фраунгофера была в усовершенствовании дифракционных решеток для исследования спектров. Первые решетки применялись задолго до экспериментов немецкого ученого. Однако Фраунгофер попробовал изготовлять их из тончайших близко расположенных параллельных нитей или же наносил алмазом параллельные штрихи на стеклянную пластинку. Это была филигранная работа: для получения спектра необходимо было по крайней мере сорок линий на миллиметре поверхности. Фраунгофер изготовил решетки из более 300 линий. Благодаря им он смог описать целый ряд дифракционных явлений – отклонения от законов геометрической оптики при распространении волн. Все это заложило основу в развитии спектроскопии и открыло новую главу в истории астрономии.

Центральный офис Общества им. Фраунгофера в Мюнхене.
Центральный офис Общества им. Фраунгофера в Мюнхене.© picture alliance / dpa

Увы, но во времена Фраунгофера всякое стекольное производство было очень вредным. Работа возле раскаленных печей, жар от расплавленного стекла, ядовитые пары соединений свинца, стеклянная пыль при полировке линз сокращали жизнь стеклодувов. Вероятно, именно из-за этого выдающийся исследователь Йозеф фон Фраунгофер, обладавший редким сочетанием таланта мастера-оптика и чуткости ученого, умер от болезни легких в 1826 году в возрасте всего 39 лет.

Общество им. Фраунгофера – три научных открытия в день

"Мы изобретаем будущее" – под таким девизом работает Общество им. Фраунгофера (Fraunhofer-Gesellschaft), созданное в Германии в 1949 году. Сегодня оно включает в себя несколько десятков институтов, альянсов и объединений, и является крупнейшим в Европе центром прикладных исследований и разработок новых технологий. Подразделения Общества работают по таким специализациям, как информационная и коммуникационная техника, микроэлектроника, техника обработки поверхностей и фотоника, производство, материалы и инструменты для строительства, науки о жизни.

Цель Общества – содействие научному прогрессу и экономическому развитию в Германии, Европе и в мире. Одно из самых известных его изобретений – формат сжатия и хранения файлов mp3. Интересно, что, по статистике, каждый рабочий день институты Общества дарят миру в среднем три новых научных открытия или технических разработки: от бесконтактных зарядных устройств для электромобилей и аккумуляторов для энергии ветра и солнца до медицинских роботов, с изяществом отделяющих скальпелем тонкую кожицу виноградины. Практически любая инновационная идея, ориентированная на науку или производство, находит здесь поддержку и возможность для реализации, – вполне в духе самого Фраунгофера.

Официальный сайт Общества им. Фраунгофера: www.fraunhofer.de
Музей и стекольная мастерская Йозефа Фраунгофера в баварской коммуне Бенедиктбойерн: www.kloster-benediktbeuern.de

Дарья Хрущёва

к началу страницы