излучения, который проходит через вещество, всасывает и излучает излучение в определенных, характерных для вещества частотах. Линейчатый спектр поглощения — это спектр излучения, который имеет набор линий с недостающей энергией в спектре непрерывного излучения. Каждая линия в линейчатом спектре поглощения соответствует определенной длине волны излучения, которое поглощается веществом. Линии в спектре излучения и спектре поглощения имеют одинаковую длину волны.
Линейчатый спектр источника — это спектральная картина, образованная цветовыми лучами, проходящими через призму или решетку, которая работает на принципе дифракции света. Линейчатый спектр источника представляет собой набор отдельных, различаемых линий длин волн.
Непрерывный спектр излучения — это спектральная картина, в которой наблюдается непрерывный спектр излучения на всех длинах волн. Непрерывный спектр излучения образуется при нагреве физического объекта до очень высокой температуры.
Спектры излучения газообразных веществ бывают линейчатые, полосатые или сплошные. Линейчатый спектр поглощения соответствует поглощению света атомами газа, а линейчатый спектр излучения соответствует испусканию света атомами газа. Полосатый спектр излучения и полосатый спектр поглощения характеризуются наличием полос, обусловленных молекулярными переходами.
Сплошной спектр излучения — это спектр излучения, который не имеет четких линий и представляет собой непрерывную кривую изменения яркости. В отличие от линейчатого спектра излучения, сплошной спектр имеет постоянное изменение интенсивности излучения в диапазоне длин волн.
Спектры и спектральный анализ
Существует множество методов спектрального анализа, которые позволяют исследовать излучение различных объектов. Рассмотрим основные аспекты спектрального анализа.
Излучение и спектры
Излучение объектов имеет определенный спектр, который можно анализировать с помощью спектрального анализа. В результате этого анализа можно выделить спектры испускания и спектры поглощения.
Спектральный анализ спектра излучения
Спектральный анализ позволяет изучать спектры излучения различных веществ. Например, спектры излучения натрия, водорода и гелия имеют свои характерные особенности.
Спектры испускания и спектры поглощения натрия, водорода, гелия
Каждый элемент имеет свой собственный спектр испускания и поглощения. Например, спектр натрия отличается от спектра водорода и гелия.
Спектральная плотность интенсивности излучения
Спектральная плотность интенсивности излучения позволяет оценить интенсивность излучения в различных участках спектра.
Что такое спектр поглощения
Спектр поглощения – это спектр, который возникает из-за поглощения излучения веществом. Он может иметь характерные полосы, связанные с особенностями взаимодействия излучения с веществом.
Линейчатый спектр поглощения и источник спектра
Линейчатый спектр поглощения может быть характерным для различных веществ. Источник спектра может влиять на форму и характеристики спектра.
Физика 11 класс: наблюдение сплошного и линейчатого спектра
В рамках учебной программы по физике многие студенты обучаются наблюдению сплошного и линейчатого спектра для лучшего понимания физических явлений.
Фраунгофер в спектре солнца
Исследование спектра солнца помогло Фраунгоферу сделать множество открытий в области оптики и спектрального анализа.
Сплошной спектр, линейчатый спектр, полосатый спектры
Существует несколько типов спектров, каждый из которых имеет свои особенности. Сплошной спектр, линейчатый спектр и полосатый спектры могут быть использованы для различных исследований.
Спектральная интенсивность излучения
Спектральная интенсивность излучения позволяет описать спектральное распределение интенсивности излучения в различных участках спектра.
Непрерывный и линейчатый спектры
Непрерывный и линейчатый спектры два основных типа спектров, которые могут встречаться при спектральном анализе.
Спектры испускания и поглощения
Спектры испускания и поглощения можно использовать для изучения различных объектов и процессов.
Типы оптических спектров: линейчатый
Линейчатый спектр – один из типов оптических спектров, обладающий определенными характеристиками.
Виды спектров излучения
Различаются различные виды спектров излучения, каждый из которых может содержать ценную информацию о свойствах излучающего объекта.
Спектры звезд и спектральные классы
Спектральная классификация звёзд является важным методом исследования и определения характеристик звёзд. Все звёзды имеют свои уникальные спектры, которые могут быть классифицированы по различным параметрам.
Сплошной спектр
Когда мы говорим о сплошном спектре, мы обычно имеем в виду сплошной спектр испускания или поглощения. Сплошной непрерывный спектр характеризуется отсутствием чётко выраженных линий и представляет собой поток излучения или поглощения при разных длинах волн.
Спектр испускания
Спектр испускания водорода или других веществ может иметь характерные линии излучения, обусловленные переходами атомов на разные энергетические уровни.
Спектральные классы
Основные спектральные классы звёзд включают классы O, B, A, F, G, K и M, в порядке убывания температуры. Каждый из этих классов имеет свои характеристические особенности спектра.
Промежуточные спектральные классы
В дополнение к основным классам существуют также промежуточные классы, которые могут обозначаться различными символами и цифрами. Некоторые из них:
- c, s: Узкие глубокие линии
- comp: Объединённый спектр двух звёзд разных классов
- k: Линии поглощения межзвёздной среды
- m: Сильные линии металлов
- n, nn: Широкие линии (например, из-за вращения)
- neb: Спектр дополнен спектром туманности
- v, var: Переменный спектральный класс
- wk, wl: Слабые линии
- : Неточность в определении класса
Спектральная классификация звёзд играет важную роль в астрономии и позволяет исследователям лучше понять природу и характеристики различных звёздных объектов.
Спектральные классы звезд и светимость
Звёзды одного спектрального класса могут иметь разные светимости. При этом спектральные классы и светимости распределены не случайным образом.
Между ними есть определённая связь, так что на диаграмме спектральный класс — абсолютная звёздная величина звёзды группируются в отдельных областях, каждой из которых соответствует класс светимости.
Классы светимости обозначаются римскими цифрами от I до VII, от более ярких к более тусклым. Светимость звезды оказывает некоторое влияние на вид её спектра, так что между спектрами звёзд одного спектрального класса и разных классов светимости есть различия.
Дополнительные обозначения
Спектральные особенности, которые не вписываются в данную классификацию, принято обозначать дополнительными символами.
Например, наличие эмиссионных линий обозначается буквой e, а пекулярные спектры обозначаются буквой p.
История классификации звезд
Развитие спектроскопии в XIX веке дало возможность классифицировать спектры звёзд.
В 1860-х годах Анджело Секки разработал одну из первых классификаций, которая использовалась до конца XIX века.
На рубеже XIX и XX веков, Гарвардская обсерватория создала Гарвардскую классификацию, в которой спектральные классы приобрели близкий к современному виду.
В 1943 году была создана Йеркская классификация, в которой появились классы светимости и которая с некоторыми изменениями используется до сих пор.
Доработка этой системы продолжалась как в результате открытия новых объектов, так и благодаря увеличению точности спектральных наблюдений.
Мировой эфир и его особенности
Физики XIX века представляли мировой эфир как жидкость невесомую, упругую, наполняющую пространство.
Однако с течением времени стало понятно, что это представление несостоятельно.
Эфир нельзя представить иначе, как веществом, все и всюду проникающим. Парам же и газам это не свойственно.
Их химические свойства бесконечно разнообразны, в то время как эфир однообразен.
Таким образом, представление о мировом эфире как предельном разрежении паров и газов не выдерживает критики, и было отвергнуто.
Прежде чем итти далее, считаю неизбежно необходимым оговориться в отношении здесь и далее вводимых мною химических соображений. Избежать их при обсуждении мирового эфира было трудно, но во времена Галилея и Ньютона еще возможно. Ныне же это было бы противно самым основным началам дисциплины естественной философии, потому что со времен Лавуазье, Дальтона и Авогадро—Жерара химия получила все высшие права гражданства в обществе наук о природе и, поставив массу (вес) вещества во главе всех своих обобщений, пошла за Галилеем и Ньютоном. Мало того, чрез химию, только при ее приемах, действительно вкоренилось во всем естествознании стремление искать решение всяких задач, касающихся конечных, измеримых тел и явлений, в постижении взаимодействия беспредельно малых их отдельностей, называемых атомами, но в сущности (по реальному представлению) мыслимых, как химически неделимые индивидуумы, ничего общего не имеющих с механически-неделимыми атомами древних метафизиков. Доказательства этому последнему многочисленны, но достаточно упомянуть о том, что современные атомы не раз объясняли вихревыми кольцами (vortex), что и поныне живо стремление понять сложение химических атомов или друг из друга, или из «первичной материи» и что как раз в последнее время, особенно по поводу радиоактивных веществ, стали признавать деление химических атомов на более мелкие «электроны», а все это логически не было бы возможно, если бы «атомы» признавались механически неделимыми. Химическое миросозерцание можно выразить образно, уподобляя атомы химиков небесным телам: звездам, солнцу, планетам, спутникам, кометам и т. п. Как из этих отдельностей (индивидуумов) слагаются системы, подобные солнечной или системам двойных звёзд, или некоторым созвездиям (туманностям) и т. п., так представляется сложение из атомов целых частиц, а из частиц тел и веществ. Это для современной химии не простая игра слов или не одно уподобление, а сама реальность, руководящая всеми исследованиями, всякими анализами и синтезами химии. У нее свой микрокосм в невидимых областях, и, будучи архиреальною наукою, она все время оперирует с невидимыми своими отдельностями, вовсе не думая считать их механически неделимыми. Атомы и частицы (молекулы), о которых неизбежно говорится во всех частях современной механики и физики, не могут быть чем-либо иным, как атомами и частицами, определяемыми химией, потому что того требует единство познания. Поэтому и метафизика нашего времени, если желает помогать познанию, должна понимать атомы так же, как их понимать могут естествоиспытатели, а не на манер древних метафизиков китайско-греческого образца. Если Ньютоново всемирное тяготение реально раскрыло силы, всегда действующие даже на беспредельно больших расстояниях, то познание химии, внушенное Лавуазье, Дальтоном и Авогадро—Жераром, раскрыло силы, всегда действующие на неизмеримо малых расстояниях, и показало как громадность этих сил (что видно, например, из того, что силами этими легко сжижаются газы, подобные водороду, едва недавно сжиженному совокупностью физических и механических усилий), так и превращаемость их во все прочие виды проявления энергии, так как химическими силами (например при горении) достигаются механические и физические. Поэтому все современные основные понятия естествознания — следовательно, и мировой эфир — неизбежно необходимо обсудить под совокупным воздействием сведений механики, физики и химии, и, хотя понятие об эфире родилось в физике, и хотя скептическая индифферентность старается во всем усмотреть «рабочую гипотезу», вдумчивому естествоиспытателю, ищущему саму действительность, какова она есть, и не довольствующемуся смутными картинами волшебного фонаря фантазии, хотя бы украшенного логичнейшим анализом, нельзя не задаваться вопросом: что же такое это за вещество в химическом смысле?
Моя попытка и начинается с этого вопроса.
Обладая малым весом атома и низшею из всех известных газов плотностью, водород не только вытекает или диффундирует сильнее или быстрее всяких других газов чрез малейшие отверстия, но способен проникать и чрез сплошные стенки таких металлов, как платина и особенно палладий, чрез которые другие газы не проникают. Но тут несомненно действует не только быстрота движения частиц водорода, тесно связанная с его малою плотностью, но и химическая способность того же разряда, которая проявляется как при образовании сложных тел, содержащих водород, так и при образовании растворов, сплавов и тому подобных, так называемых, неопределенных соединений. Механизм этого проникновения можно представить подобным — на поверхности проницаемого тела — растворению газа в жидкости, то есть вскакиванию его частиц в промежутки между частицами жидкости, замедлению движения (отчасти некоторому сгущению газа) и такому или иному согласованию движений обоих видов частиц. В массе проницаемого тела сжатый газ, поглощенный на поверхности прикосновения, конечно, распространяется во все стороны, диффундируя от слоя к слою, если в опытах Робертс-Аустена даже золото диффундировало в твердом свинце на основании тех же сил. Наконец, на другой поверхности проницаемого тела сжатый газ находит возможность вырваться на большую свободу и, пока будет накопляться до исходного давления, станет проникать туда, где его нет или где его мало, то есть входить в преграду будет более со стороны превышающего давления, чем в обратном направлении. Когда же давления уравняются, наступит не покой, а подвижное равновесие, то есть с каждой стороны в преграду будет проникать и выбывать одинаковое число частиц или атомов. Допуская, а это необходимо, проницаемость эфира в отношении ко всем веществам, должно приписать ему, прежде всего, лёгкость и упругость, то есть быстроту собственного движения, еще в большем развитии, чем для водорода, и, что всегда важнее, ему должно приписать еще меньшую, чем для водорода, способность образовать с проницаемыми телами определённые химические соединения, так как эти последние характеризуются именно тем, что разнородные атомы образуют системы или частицы, в которых вместе или согласно движутся различные элементы, как солнечная система характеризуется зависимым, согласным и совместным движением образующих ее многих светил. А так как надо предполагать, что такое совместное движение водорода, например, с палладием, им проницаемым, действительно совершается для тех атомов водорода, которые находятся в среде атомов палладия, и что водород с палладием дает своё определённое соединение Pd²H (или какое иное), но при нагревании оно легко диссоциирует, то следует, мне кажется, допустить, что атомы эфира в такой высокой мере лишены этой, уже для водорода слабой, способности к образованию определённых соединений, что для них всякая температура есть диссоциационная, а потому ничего, кроме некоторого сгущения в среде атомов обычного вещества, для эфира признать нельзя.
Оставаясь на чисто химической почве, мы старались сперва показать невозможность понимания эфира ни как рассеянный пар или газ всюду распространенных веществ, ни как атомную пыль первичного вещества, из которого нередко еще доныне многие при знают сложение элементарных атомов, а потом пришли к заключению о том, что в эфире должно видеть вещество, лишённое способности вступать в сколько-либо прочные определенные химические соединения, что свойственно недавно открытым гелию, аргону и их аналогам.
Это первый этап на нашем пути; на нем, хотя недолго, необходимо остановиться. Когда мы признаем эфир газом — это значит прежде всего, что мы стремимся отнести понятие о нём к обычным, реальным понятиям о трёх состояниях веществ: газообразном, жидком и твердом. Тут не надо признавать, как то делает Крукс, особого четвёртого состояния, ускользающего от реального понимания природы вещей. Таинственная, почти спиритическая подкладка с эфира при этом допущении скидывается. Говоря, что это есть газ, очевидно, мы признаём его «жидкостью» в широком смысле этого слова, так как газы вообще суть упругие жидкости, лишённые сцепления, то есть той способности настоящих жидкостей, которая проявляется в виде свойства образовать — в силу сцепления — капли, подниматься в волосных (капиллярных) трубках и т. п. У жидкостей мера сцепления есть определённая, конечная величина, у газов она близка к нулю или, если угодно, величина очень малая. Если эфир — газ, то, значит, он имеет свой вес; это неизбежно приписать ему, если не отвергать ради него всей концепции естествознания, ведущего начало от Галилея, Ньютона и Лавуазье. Но если эфир обладает столь сильно развитою проницаемостью, что проходит чрез всякие оболочки, то нельзя и думать о том, чтобы прямо из опыта найти его массу в данном количестве других тел, или вес его определённого объема — при данных условиях, а потому должно говорить не об невесомом эфире, а только о невозможности его взвешивания. Конечно, тут скрыта своя гипотеза, но совершенно реальная, а не какая-то мистическая, внушающая сильное беспокойство вдумчивым естествоиспытателям.
Дальнейшие стороны моей попытки — понять природу эфира — так тесно связаны с гелием, аргоном и их аналогами и с периодическою системою элементов, что мне ранее, чем итти вперед, необходимо особо остановиться над этими предметами и их взаимною связью.
Когда, в 1869 г., на основании сближений, подмеченных уж Дюма, Ленсеном, Петтенкофером и другими, между величинами атомных весов сходственных элементов, мною была выставлена периодическая зависимость между свойствами всех элементов и их истинными (то есть по системе Авогадро—Жерара с дополнениями Канницаро и с изменениями, вызываемыми периодическою законностью) атомными весами, не только не было известно ни одного элемента, неспособного образовать определенные сложные соединения, но нельзя было даже и подозревать возможности существования подобных элементов. Поэтому в периодической системе, данной мною в том виде, какой она сохранила и до сих пор, а именно при расположении по группам, рядам и периодам (см. 1-е издание книги моей «Основы химии», выпуск 3-й, вышедший в 1870 году, и статьи мои в журнале Русского Химического Общества 1869 г.), система элементов начиналась с группы 1-й и с ряда 1-го, где помещался и до сих пор помещается водород, легчайший из элементов, судя по атомному весу, и легчайший газ, судя по плотности, — при данных давлении и температуре. Никогда мне в голову не приходило, что именно водородом должен начинаться ряд элементов, хотя легче его не было и еще поныне между известными нет ни одного другого элементарного или сложного газа. Оставаясь на реальной почве, я решался предсказывать не только существование неизвестных элементов в среде известных, но и их свойства, как химические, так и физические, для них самих в свободном состоянии (простых тел) и для их соединений. Это, как известно, оправдалось последующими открытиями: галлия — Лекоком де Боабодраном, скандия — Нильсоном и, блистательнее всего, германия — Клементом Винклером, моим (ныне уже скончавшимся) хорошим другом и научным собратом. Предсказания эти были, по существу, тем, что называется в математике интерполированием, то есть нахождением, промежуточных точек на основании крайних, когда известен закон (или направление кривой, его выражающей), по которому точки следуют друг за другом. Поэтому оправдание предсказанного есть не что иное, как способ утверждения законности, и, следовательно, теперь можно смело полагаться на то, что в 1869—1871 гг. было только вероятным, и уверенно признавать, что химические элементы и их соединения находятся в периодической зависимости от атомных весов элементов. Эксполировать, то есть находить точки вне пределов известного, нельзя было на основании еще неупроченной законности. Но когда она утвердилась, можно на это решиться, и то, что дальше будет сказано об эфире, как элементе, гораздо более лёгком, чем водород, составляет такое эксполирование. Решимость моя, при той осторожности, какая должна быть свойственна всякому деятелю науки, определяется двумя соображениями. Во-первых, я думаю, что откладывать — по старости лет — мне уже нельзя. А, во-вторых, за последнее время стали много и часто говорить о раздроблении атомов на более мелкие электроны, а мне кажется, что такое дробление должно считать не столько метафизическим, сколько метахимическим представлением, вытекающим из отсутствия каких-либо определенных соображений, касающихся химизма эфира, и мне захотелось на место каких-то смутных идей поставить более реальное представление о химической природе эфира, так как, пока что-нибудь не покажет либо превращения обычного вещества в эфир и обратно, либо превращения одного элемента в другой, всякое представление о дроблении атомов должно считать, по моему мнению, противоречащим современной научной дисциплине, а те явления, в которых признаётся дробление атомов, могут быть понимаемы, как выделение атомов эфира, всюду проникающего и признаваемого всеми. Словом, мне кажется, хотя рискованным, но своевременным говорить о химической природе эфира, тем более, что, сколько мне известно, об этом предмете еще никто не говорил более или менее определённо. Когда я прилагал периодический закон к аналогам бора, алюминия и кремния, я был на 33 года моложе, во мне жила полная уверенность, что рано или поздно предвидимое должно непременно оправдаться, потому что мне все там было ясно видно. Оправдание пришло скорее, чем я мог надеяться. Теперь же у меня нет ни прежней ясности, ни бывшей уверенности. Тогда я не рисковал, теперь рискую. На это надобна решимость. Она пришла, когда я видел радиоактивные явления, как объяснено в конце статьи, и когда я сознал, что откладывать мне уже невозможно и что, быть может, мои несовершенные мысли наведут кого-нибудь на путь более верный, чем тот возможный, какой представляется моему слабеющему зрению.
Первоначально я выскажусь о положении гелия, аргона и их аналогов в периодической системе элементов, потом о представляемом мною месте эфира в той же системе, а закончу несколькими беглыми замечаниями по поводу ожидаемых свойств эфира, основанных на понятии о нём, выводимом из его положения в этой системе.
Химич. знак и состав частицы Гелий.He Неон.Ne Аргон.Ar Криптон.Kr Ксенон.Xe
Наблюденная плотность, считая H = 1 2,0 9,95 18,8 40,6 63,5
Наблюденная температура ниже кипения -262° -239° -187° -152° -100°
Это напоминает то, что известно для галоидов:
Плотность газа или пара 19 35,5 80 127
Температура кипения -187° -34° +58°,7 + 183°7
Хотя я должен предполагать, что сущность периодической системы известна читателям, но все же считаю неизлишним напомнить о том, что, располагая элементы по величине их атомного веса, легко заметить, что не только сходственные изменения химических свойств периодически повторяются, но и порядок, отвечающий возрастанию атомных весов, оказывается точно отвечающим порядку по способности элементов к соединениям с разными другими элементами, как видно из простейшего примера. По величине атомного веса (отбрасывая мелкие дроби — ради наглядности) все элементы, имеющие атомные веса не менее 7 и не более 35,5, располагаются в 2 ряда:
Li = 7,0 Ве = 9,1 В = 11,0 С = 12,0 N = 14,0 O = 16,0 F = 19,0
Na = 23,0 Mg = 24,3 Al = 27,0 Si = 28,4 Р = 31,0 S = 32,1 Cl = 35,5
Каждая пара представляет сходство коренных свойств, но особенно видно это по высшим солеобразным окислам, то есть таким, которые содержат наиболее кислорода и способны давать соли. Они для элементов последнего ряда:
и если состав всех представить с двумя атомами элемента:
Галоиды. Аналоги аргона. Щелочные металлы.
— Не = 4,0 Li = 7,03
F = 19,0 Ne=19,9 Na = 23,05
Cl = 35,45 Ar = 38 К = 39,1
Br = 79,95 Кг = 81,8 Rb = 85,4
Пяти давно известным щелочным металлам ответило и пять вновь найденных аналогов аргона, и в атомных весах ясно виден один и тот же общий закон периодичности. Но галоиды и щелочные металлы представляют наиболее сильно развитую способность реагировать и притом, так сказать, до некоторой степени противоположную; одни представляют особо развитую способность реагировать со всеми металлами, другие с металлоидами; первые являются на аноде, вторые на катоде и т. д. Поэтому их необходимо поставить по краям периодической системы на концах периодов, что и выражается в наиболее полной форме периодической системы.
Хотя такое распределение элементов лучше всего выражает периодический закон, но нагляднее нижеследующее, помещенное на стр. 25, распределение по группам и рядам, где под знаками x и y я уже означил ожидаемые ныне мною, еще неизвестные элементы, с атомными весами меньшими, чем у водорода.
Но прежде всего следует получить понятие о его атомном весе. Для получения приближённого понятия о нём, обратимся к изменяющемуся отношению между весами атомов двух элементов той же группы из соседних рядов. Начиная с Се=140 и Sn=119 (здесь это отношение равно 1,18), отношение это при переходе в низшие группы и ряды явно и довольно правильно (судя по мере возможных погрешностей) возрастает по мере уменьшения атомного веса сравниваемых элементов. Но мы начнем расчет лишь с Cl =35,45, потому, во-первых, что интерес в искомом смысле может быть только для легчайших элементов, во-вторых, потому, что для этих последних отыскиваемое отношение находится точнее, и, в-третьих, потому, что хлором кончаются малые периоды типических элементов (где нет VIII группы и по концам малых периодов стоят щелочные металлы и галоиды), среди которых должны быть и элементы более легкие, чем водород. Так как атомный вес хлора=35,45, а фтора=19,0, то отношение Cl : F=35,45 : 19,0=1,86, то точно также находим:
Группа VII Cl : F =1,86
" VI S : O = 2,00
" V P : N = 2,21
" IV Si : C =2,37
" III Al : B = 2,45
" II Mg: Be = 2,67
" I Na : Li = 3,28
" 0 Ne: He = 4,98
Из этого можно сделать заключение, что находимое отношение в данном ряде явно и последовательно увеличивается при переходе от высших групп к низшим, и притом для I и 0-й группы оно изменяется наиболее быстро. Поэтому должно полагать, что отношение He : у будет значительно более отношения Li : H, а это последнее = 6,97, следовательно, отношение He : y будет по крайней мере = 10, а, вероятно, что оно будет еще значительнее. А потому, так как атомный вес He=4,0, то атомный вес у будет не более 4,0/10, то есть не более 0,4, а вероятно, что еще менее этого. Таким аналогом гелия, быть может, должно счесть короний, которого спектр, ясно видимый в солнечной короне выше, то есть дальше от солнца, чем спектр водорода, представляет простоту, подобную простоте спектра гелия, что дает некоторое ручательство за то, что он отвечает газу, сходному с гелием, предугаданному Локьером и др. по спектру. Юнг и Харкнес при солнечном затмении 1869 года, независимо друг от друга, установили спектр этого, еще доныне воображаемого, элемента, который особо характеризуется ярко-зеленою линиею с длиной волны 531,7 миллионных миллиметра (или µµ, то есть тысячных микрона, по означению Ролланда 5317, по шкале Кирхгофа 1474), как гелий характеризуется желтою линиею: 587 µµ. Назини, Андреоли и Сальвадори, исследуя (1898) вулканические газы, полагают, судя по спектру, что в них видели следы корония. А так как линии корония удалось наблюдать даже на расстоянии многих радиусов солнца выше его атмосферы и протуберанций, там, где и водородных линий уже не видно, то коронию надо приписать меньший вес атома и меньшую плотность, чем водороду. А так как для гелия, аргона и их аналогов, судя по отношению двух теплоёмкостей (при постоянном давлении и при постоянном объеме), должно думать, что частица, то есть количество вещества, занимающее по закону Авогадро—Жерара объем, равный с объемом 2-х весовых частей водорода, содержит лишь один атом (как у ртути, кадмия и большинства металлов), то если 0,4 есть наибольший вес атома элемента y, то плотность этого газа, по отношению к водороду, должна быть менее 0,2.
Фотовоспроизведение таблицы, «Попытка химического понимания мирового эфира», СПб., 1905, стр. 25
В этом выражении x есть искомая величина веса атома, для определения которого надо знать, во-первых, t, а во-вторых, v, то есть такую скорость, которая допустила бы возможность движущимся частицам вырываться из сферы притяжения земли, солнца и звёзд или приобресть скорость того порядка, с которою в рассказе Жюля Верна задумано было пустить с земли ядро на луну.
где x есть атомный вес искомого газообразного элемента — по водороду — (плотность по водороду же=x/2), a скорость собственного поступательного движения его частиц при —80°, выраженная в метрах в секунду. Вот эта-то скорость и должна быть большею, чем у частиц газов, могущих вырываться из сферы притяжения земли, солнца и всяких иных светил. К расчёту этой скорости теперь и обратимся.
Масса солнца близка к 325 000, если за единицу масс принять землю, следовательно, абсолютная величина солнечной массы близка в тех абсолютных единицах, в которых масса земли=398·1012 к 129·1018. Радиус солнца в 109,5 раз больше земного, то есть близок к 698·106 метрам. Отсюда находим, что с солнечной поверхности могут удаляться в пространство тела или частицы, обладающие скоростью не менее , то есть около 608 000 метров в секунду. По формуле (II) для такой скорости находим вес атома х газа, подобного гелию, не более, как 0,000013, а плотность в два раза меньшую, чем это число. Следовательно, у искомого газа, могущего представлять эфир, наполняющий вселенную, вес атома и плотность должны быть, во всяком случае, менее указанных. Это потому особенно, что есть звёзды, обладающие массами большими, чем наша звезда, то есть солнце, как убеждают исследования двойных звёзд, составляющие один из блистательных успехов новейшей астрономии. В этом отношении известный наш астроном А. А. Иванов, теперь инспектор Главной Палаты мер и весов, обязательно снабдил меня следующими результатами новейших исследований, в том числе и г. Белопольского:
«Вполне определённые сведения имеются относительно Сириуса, для которого общая масса (его самого и его спутника) оказалась в 3,24 раза больше массы солнца. Такое определение требовало не только исследования относительного движения обеих звезд, но и сведений о параллаксе этой системы. Но для Сириуса, вследствие неравномерности его собственного движения, оказалось возможным определить также и взаимное отношение между массами обеих звезд, которое оказалось=2,05, а потому масса одной звезды в 2,20, а другой в 1,04 раза больше массы солнца. Сам Сириус в 9 раз ярче нормальной звезды 1-й величины, а яркость его спутника в 13,900 раз слабее, чем у самого Сириуса».
«Точно также для переменной звезды β Persei или Альголя, спутник которой — тело тёмное, сумма масс равна 0,67 сравнительно с массою солнца, а масса самой звезды в два раза превосходит массу спутника, яркость же звезды изменяется от 2,3 до 3,5».
«Для следующих двойных звёзд определена лишь общая масса обеих звёзд — в отношении к массе солнца, причем указывается „величина“ (по яркости) каждой звезды».
Общая масса двух звезд по сравнению с солнцем Величина (яркость) звезд
«α Centauri 2,00 1 и 3,5
70 Ophiuchi 1,6 4,1 и 6,1
η Cassiopejae 0,52 4,0 и 7,6
61 Cygni 0,34 5,3 и 5,9
γ Leonis 5,8 2,0 и 3,5
γ Virginis 32,70 3,0 и 3,0»
«Далее для тройной звезды 40 Eridani (величины компонентов: 4,0, 8,1 и 10,8) найдено, что общая их масса равна 1,1 массы солнца. Наконец, для тройной звезды ζ Cancri (величины: 5,0—5,7—6,5) Зелигер на основании взаимных возмущений, нашёл, что масса наиболее яркой из трёх звёзд превосходит в 2,37 раз сумму масс двух остальных».
Для температур звёзд, более массивных, чем солнце, также нельзя ждать крупных различий от солнца, сильно влияющих на плотность, и если такие различия возможны для внутренних областей звёзд, то для звёзд большой массы скорее в сторону повышения, чем понижения температуры, ибо при понижении температуры светимость должна падать, а при большой массе охлаждение замедляться. Повышение же температуры больших звёзд должно увеличивать диаметр светила, а это должно понижать скорость, достаточную для вырывания газовых частиц из сферы притяжения. На основании сказанного для наших расчетов достаточно признать, что средняя плотность больших звёзд близка к средней плотности солнца. Эта же последняя, конечно, преимущественно вследствие высокой температуры солнца, как известно, почти в 4 раза менее средней плотности земли, которая недалека от 5,6 — по отношению к воде, а потому для звёзд нельзя ждать средней плотности, сильно отличающейся от солнечной (около 1,4 — по сравнению с водою), и следовательно для звезды, масса которой в n раз более массы солнца, радиус будет в раз более солнечного.
Теперь есть все элементы для расчёта в отношении к звезде, которая в 50 раз превосходит солнце. Её масса = , или близка к , её радиус близок к , или к . Отсюда следует, что с поверхности такой звезды могут удаляться в пространство тела, обладающие скоростью, близкою к: , или к 2 240 000 метрам в секунду (= 2240 километров).
Отсюда находим, что вес атома х искомого, легчайшего элементарного газа, могущего наполнять вселенную и играть роль мирового эфира, должно принять в пределе (по формуле II):
от 0,000 000 96 до 0,000 000 000 053,
если атомный вес Н = 1. Лично мне кажется невозможным, при современном запасе сведений, допустить последнее из приведённых чисел, потому что оно в некоторой мере отвечало бы стремлению возвратиться к теории истечения света, и я полагаю, что для понимания множества явлений совершенно достаточно признать пока, что частицы и атомы легчайшего элемента х, могущего свободно двигаться всюду, имеют вес, близкий к одной миллионной доле веса водородного атома, и движутся со средней скоростью, недалекою от 2250 километров в секунду.
Так как уран и торий, а вместе с ними и радий, судя по определениям г-жи Кюри (1902), обладают между всеми известными элементами высшими атомными весами (U=239, Th=232 и Rd=225), то на них должно смотреть, как на солнца, обладающие высшим развитием той индивидуализированной притягательной способности, средней между прямым тяготением и химическим сродством, которою определяется поглощение газов, растворение и т. п. Представив вещество мирового эфира легчайшим газом х, лишённым, как гелий и аргон, способности образовать стойкие и определённые соединения, нельзя вообразить, что этот газ будет лишён способности, так сказать, растворяться или скопляться около больших центров притяжения, подобных в мире светил — солнцу, а в мире атомов — урану и торию. Действительно, в гелии и аргоне прямой опыт показывает способность прямо растворяться в жидкостях и притом способность индивидуализированную, то есть зависящую от природы газа и жидкости и постепенно изменяющуюся от температуры. Если эфир есть газ x, то он, конечно, в среде или массе самого солнца должен скопляться со всего мира, как в капле воды скопятся газы атмосферного воздуха. Около тяжелейших атомов урана и тория легчайший газ x будет также скопляться и, быть может, изменять свое движение, как в массе жидкости растворяющийся газ. Это не будет определённое соединение, которое обусловливается согласным общим движением, подобным системе планеты и её спутников, а это будет зачаток такого соединения, подобный кометам — в мире небесных индивидуальностей, и его можно ждать около самых тяжелых атомов урана и тория — скорее, чем для соединений других более лёгких — по весу атома — элементов, как кометы из небесного пространства попадают в солнечную систему, обходят солнце и вырываются затем снова в небесное пространство. Если же допустить такое особое скопление эфирных атомов около частиц урановых и ториевых соединений, то для них можно ждать особых явлений, определяемых истечением части этого эфира, приобретением его частицами нормальной средней скорости и вхождением в сферу притяжения новых эфирных атомов. Не говоря о потерях электрических зарядов, производимых радиоактивными веществами, я полагаю, что световые или фотолучевые явления, свойственные радиоактивным веществам, показывают как бы материальное истечение чего-то невзвешенного, и их, мне кажется, можно разуметь этим способом, так как особые виды входа и выхода эфирных атомов должны сопровождаться такими возмущениями эфирной среды, которые составляют лучи света. Г-жа и г-н Кюри показали мне, например, следующий опыт, которого описание я считаю полезным. Две небольшие колбы соединены между собою боковою впаянною в горлышки трубкою со стеклянным краном в средине. В одну колбу — при запертом кране — влит раствор радиоактивного вещества, а в другую вложен студенистый белый осадок сернистого цинка, взболтанный в воде. Когда кран, соединяющий обе колбы, заперт, тогда и в темноте ничего не замечается. Но когда кран открыть, то в темноте видна очень яркая фосфоресценция сернистого цинка, и это длится всё время, пока кран отперт. Если же его закрыть, то постепенно фосфоресценция ослабевает, возобновляясь при новом открытии крана. Получается впечатление истечения из радиоактивного вещества чего-то материального, быстрое — при свободном проходе чрез воздух, и медленное при отсутствии такого прямого и лёгкого пути. Если предположить, что в радиоактивное вещество входит и из него выходит особый тонкий, эфирный газ (как комета входит в солнечную систему и из неё вырывается), способный возбуждать световые колебания, то опыт как будто и становится в некотором смысле понятным. Как всякого рода движение любого газа можно производить не только твёрдым поршнем, но и движением другой части того же газа, так световые явления, то есть определённые поперечные колебания эфира, можно производить не только молекулярным движением частиц других веществ (накаливанием или как иначе), выводящим эфир из его подвижного равновесия, но и известным изменением движения самих эфирных атомов, то есть нарушением самого их подвижного равновесия, причиною чего в случае радиоактивных тел служит прежде всего массивность атомов урана и тория, как причину свечения солнца, по моему мнению, можно видеть прежде всего в его громадной массе, могущей скоплять эфир в гораздо большем количестве, чем это доступно планетам, их спутникам и всюду носящимся частицам космической пыли. Мне думается, что лучисто-световые явления, то есть поперечные к лучу колебания эфирной среды, состоящей из быстро движущихся мельчайших атомов, в действительности сложнее, чем то представляется до сих пор, и эта сложность определяется по преимуществу тем, что скорость собственного движения эфирных атомов не очень многим (по нашему расчету всего в 130 раз) меньше скорости распространения поперечных колебаний эфирных атомов. Таково, по крайней мере, моё личное впечатление от узнанных мною радиоактивных явлений, и я об нём не умалчиваю, хотя и считаю очень трудным сколько-либо разобраться в этой ещё тёмной области световых явлений.
Вкратце укажу ещё на другое из числа виденных мною явлений, наводившее меня на изложенную попытку, относящуюся к пониманию эфира. Дьюар около 1894 г., изучая явления, происходящие при низких температурах, достигаемых в жидком воздухе, заметил, что фосфорическое свечение (наступающее, как известно, после действия света) многих веществ, особенно же парафина, сильно возрастает при холоде жидкого воздуха (от −181° до −193°). Теперь мне представляется, что это зависит от того, что парафин и подобные ему вещества усиленно сгущают при сильном холоде атомы эфира, или, проще, его растворимость (поглощение) возрастает в некоторых телах, и они от этого сильнее фосфоресцируют, так как световые колебания возбуждаются тогда в фосфоресцирующих веществах не только телесными атомами, имеющими свойство от освещения их поверхности приходить в состояние особого напряжения, заставляющего — по прекращении освещения — колебаться эфир, но и атомами эфира, сгущающимися в подобных телах и быстро обменивающимися с окружающею средою. Мне кажется, что, представляя эфир, как особый, всё проницающий газ, можно хотя и не анализировать подобные явления, но в некоторой мере ждать их возможности. Я и смотрю на свою, далекую от полноты, попытку понять природу мирового эфира с реально-химической стороны не более, как на выражение суммы накопившихся у меня впечатлений, вырывающихся исключительно лишь по той причине, что мне не хочется, чтобы мысли, навеваемые действительностью, пропадали. Вероятно, что подобные же мысли приходили многим, но, пока они не изложены, они легко и часто исчезают и не развиваются, не влекут за собой постепенного накопления достоверного, которое одно сохраняется. Если в них есть хоть часть природной правды, которую мы все ищем, попытка моя не напрасна, её разработают, дополнят и поправят, а если моя мысль неверна в основаниях, её изложение, после того или иного вида опровержения, предохранит других от повторения. Другого пути для медленного, но прочного движения вперед, я не знаю. Но пусть окажется невозможным признать за эфиром свойств легчайшего, быстро движущегося, недеятельнейшего в химическом смысле газа, всё же, оставаясь верным реализму, нельзя отрицать за эфиром его вещественности, а при ней рождается вопрос о его химической природе. Моя попытка есть не более, как посильный и первичный ответ на этот ближайший вопрос, а в сущности своей она сводится к тому, что ставит этот вопрос на очередь.
История создания формулы Бальмера и её значение
Иоганн Бальмер не был спектрографистом. Его заслуга состоит в том, что он описал известный к тому времени спектр атомов водорода простой формулой:
где = 3, 4, 5, 6; = 3645,6 Å (известна как постоянная Бальмера).
В 1886 году К. Рунге предложил использовать в формуле Бальмера вместо длины волны её частоту ν = c/λ:
где — скорость света; = 2; = 3, 4, 5, 6; = 3645,6 Å.
В 1890 году Й. Ридберг предложил записывать формулу в том виде, который она сохранила до сих пор:
В 1908 году В. Ритц выразил частоту волны в виде разницы двух термов:
предложив метод, впоследствии названный его именем.
Так предложенная Бальмером формула, описывающая четыре линии видимого спектра излучения водорода, получила развитие до принципов, позволяющих описать спектр любого химического элемента.
Безрезультатные попытки объяснить физический смысл формулы Бальмера продолжались почти 28 лет. В начале 1913 года Нильс Бор работал над тем, чтобы устранить противоречия между классическими законами физики и предложенной Резерфордом планетарной моделью атома. Спектроскопист Ханс Хансен (sv:Hans Marius Hansen) посоветовал Бору обратить внимание на спектральные формулы. Впоследствии Бор неоднократно говорил:
Образование серии Бальмера
Своим красным цветом эмиссионная Туманность Ориона обязана нейтральному атомарному водороду, излучающему в первой линии Бальмера H с длиной волны .
Переход с третьего энергетического уровня на второй обозначается греческой буквой , с 4-го на 2-й — и т. д. Для обозначения самой серии используется латинская буква H. Таким образом, полное обозначение спектральной линии, возникающей при переходе электрона с третьего уровня на второй — H (произносится Бальмер-альфа).
Видимые линии излучения водорода в серии Бальмера. H — красная линия справа, имеющая длину волны . Две самые левые линии — H и H, лежат уже в ультрафиолетовой области спектра и имеют длины волн и , соответственно.
Характеристики звёзд различных классов
Спектр звезды класса O5V
Спектр звезды класса B3V
Спектр звезды класса B8V
Спектр звезды класса A5V
Спектр звезды класса F5V
Спектр звезды класса G5V
Спектр звезды класса K5V
Спектр звезды класса M5V
Классы углеродных и циркониевых звёзд
Спектр звезды Вольфа — Райе