Joseph von Fraunhofer

Joseph von Fraunhofer (6. März 1787 – 7. Juni 1826) war ein deutscher Optiker, der als erster die dunklen Linien in den Spektren der Sonne untersuchte und klassifizierte. Zu seinen Lebzeiten war er als Hersteller der besten Refraktorteleskope Europas bekannt. Er perfektionierte auch die Verwendung von feinen Gittern, sogenannten Beugungsgittern, zur Erzeugung und Analyse von Lichtspektren.

Biografie

Fraunhofer wurde in Straubling, Bayern, als Sohn von Franz Xaver Fraunhofer und Maria Anna Fröhlich geboren. Der Vater von Fraunhofer war ein Handwerker, der feines dekoratives Glas herstellte. Als er 11 Jahre alt war, hatte er beide Eltern verloren und wurde bei Philipp Anton Weichelsberger, einem Spiegel- und Dekorglashersteller, ausgebildet. Während Fraunhofer während seiner Lehrzeit viel über die Glasherstellung gelernt haben muss, Die Umgebung war im Allgemeinen bedrückend, und er durfte nicht einmal sonntags an Kursen teilnehmen, die den Auszubildenden vorbehalten waren.

1801 ereignete sich ein Ereignis, das das Leben von Fraunhofer und die Wissenschaftsgeschichte verändern sollte. Weichelsbergers Komplex, der sowohl das Glasatelier als auch die Wohnräume beherbergte, erlitt einen Einsturz, und Fraunhofer und Weichelsbergers Frau wurden von den Trümmern eingeschlossen. Frau Weichelsberger verlor bei dem Vorfall ihr Leben, aber Fraunhofer, geschützt durch einen starken Querbalken, überlebte.Der Beinahe-Tod und die Rettung des jungen Mannes erregten die Aufmerksamkeit von Maximilian IV. Joseph, Kurfürst von Bayern, der an der Rettungsaktion beteiligt gewesen sein soll. Maximilian lud Fraunhofer in sein Schloss ein und konnte ihn finanziell unterstützen. Maximilian setzte Weichelsberger auch unter Druck, Fraunhofer am Sonntag Unterricht geben zu lassen, und stellte ihn unter die Obhut von Joseph von Utzschneider, ein Anwalt mit unternehmerischen Neigungen.

Kurz nach dem Treffen von Fraunhofer und Utzschneider gründete dieser zusammen mit Georg Reichenbach und J. Leibherr das Mathematisch-Mechanische Institut Reichenbach Utzschneider Liebherr, das sich der Herstellung von Vermessungsinstrumenten widmete, für deren Herstellung hochwertige Objektive erforderlich waren.

Vom Lehrling zum Manager

1804 versuchte Fraunhofer mit Hilfe eines Stipendiums Maximilians, ein eigenes Unternehmen zu gründen, konnte aber nicht genug verdienen, um sich selbst zu ernähren, und musste zu seinem früheren Arbeitgeber zurückkehren. 1806 bot Utzschneider Fraunhofer jedoch eine Stelle am Institut an, das sich heute im Kloster Benediktbeuern befand, das sich früher in den Händen des Benediktinerordens befand. Hier lernte er die Kunst der Glasherstellung von Pierre Guinand, der bereits einige seiner eigenen Innovationen perfektioniert hatte.

Ab diesem Zeitpunkt begann Faunhofer seinen Wert zu zeigen. 1809 erhielt Fraunhofer eine Juniorpartnerschaft in der Firma und wurde mit dem Tagesgeschäft betraut, was zwei Jahre später die Leitung von über 40 Mitarbeitern bedeutete. Bis 1812 produzierte Fraunhofer hochwertige Refraktorlinsen mit einem Durchmesser von sieben Zoll, eine respektable Größe für eine Teleskoplinse zu dieser Zeit.

Fraunhofer wollte das Problem der Phantomfärbung in den Bildern von Teleskopen und anderen optischen Instrumenten lösen. Um diese Aufgabe zu erfüllen, beschloss er, das Licht der Sonne und das Spektrum der verschiedenen Farben zu analysieren, die es erzeugte, wenn es durch ein Glasprisma ging. Um diesen Effekt genauer zu untersuchen, untersuchte er das Spektrum des Sonnenlichts mit einem Teleskop und erfand so das erste Spektroskop. Er war überrascht, im gesamten Spektrum verstreute dunkle Linien zu finden, deren Position sich nicht änderte. William Hyde Wollaston beobachtete einige der gleichen Linien im Jahr 1802, zog aber keine starken Schlussfolgerungen aus dem Phänomen.

Fraunhofer-Linien

1814 veröffentlichte Fraunhofer in einer Abhandlung mit dem Titel „Treatise of the Refractive and Dispersive Powers of Different Kinds of Glass“ die Ergebnisse seiner Forschungen zu den dunklen Linien, die er nicht nur in den Spektren der Sonne, sondern auch von Mond, Sternen und Flammen fand. Er maß den Brechungsindex für die verschiedenen Linien, die, weil sie immer an der gleichen Stelle im Spektrum lagen, ein Hinweis darauf waren, wie die Strahlen einer bestimmten Farbe gebrochen wurden. Er nutzte die Ergebnisse seiner Forschung, um die Auswirkungen der optischen Dispersion zu mildern, die die Quelle der Phantomfärbung ist, die klare optische Bilder beeinträchtigt.

1821 untersuchte Fraunhofer mit einem Drahtgeflecht die Dispersionseffekte kleiner Schlitze und stellte fest, dass sein Netz ein Spektrum des von ihm beobachteten Lichts erzeugte. Er verwendete diese Anordnung von gleichmäßig beabstandeten Drähten, die zwei Tausendstel Zoll dick und vier Tausendstel Zoll voneinander entfernt waren, um die Wellenlänge des Lichts einer bestimmten Farbe zu berechnen, eine Leistung, die Thomas Young erstmals 1802 vollbrachte.

Fraunhofer verwendete später Linien, die auf eine mit Blattgold überzogene Glasplatte geätzt waren, um den gleichen Effekt wie das Drahtgeflecht zu erzielen. Eine solche Anordnung wird als Beugungsgitter bezeichnet und ihre Eigenschaften wurden erstmals 1786 vom amerikanischen Astronomen David Rittenhouse untersucht. Ritterhouse zog jedoch keine Schlussfolgerungen aus seiner Entdeckung. Fraunhofer veröffentlichte seine Ergebnisse 1821 in einer Abhandlung mit dem Titel „Neue Modifikation des Lichts durch gegenseitige Beeinflussung und Beugung der Strahlen und die Gesetze dieser Modifikation.“

Insgesamt kartierte Fraunhofer über 570 Linien und bezeichnete die Hauptmerkmale mit den Buchstaben A bis K und schwächere Linien mit anderen Buchstaben.Später entdeckten Gustav Kirchhoff und Robert Bunsen, dass die dunklen Linien auf das Vorhandensein von Elementen in einem Gas oder Dampf zurückzuführen sind, durch den das Licht strömt, bevor sein Spektrum analysiert wird. Diese Wissenschaftler fanden heraus, dass einige der Linien in der Sonne reproduziert werden konnten, indem Licht durch den Natriumdampf geleitet wurde, der durch Verbrennen von Natriumchlorid in einer Flamme erzeugt wurde. Dies führte sie zu dem Schluss, dass Natrium in der Sonne vorhanden ist und dass die Fraunhofer-Linien im Sonnenspektrum erzeugt werden, weil das Licht der Sonne durch ihre eigene Atmosphäre strömt.

Einige der Fraunhofer-Linien im Sonnenlicht sind auf die Absorption durch Elemente in der Erdatmosphäre zurückzuführen.

Spätere Jahre

1820 wurde Fraunhofer vollwertiger Partner seiner Firma und Direktor des Instituts. Aufgrund der feinen optischen Instrumente, die er entwickelt hatte, überholte Bayern England als Zentrum der Optikindustrie. Selbst Michael Faraday war nicht in der Lage, Glas herzustellen, das mit dem von Fraunhofer mithalten konnte.

Seine illustre Karriere brachte ihm schließlich 1822 die Ehrendoktorwürde der Universität Erlangen ein und im selben Jahr wurde er zum Museumswärter der Königlichen Akademie der Wissenschaften in München ernannt. 1824 verlieh ihm der König von Bayern den Zivilverdienstorden. Wie viele Glasmacher seiner Zeit, die durch Schwermetalldämpfe vergiftet wurden, starb Fraunhofer 1826 im Alter von 39 Jahren jung. Seine wertvollsten Glasrezepte sollen mit ihm ins Grab gegangen sein.

Teleskopobjektive

Fraunhofer stattete viele der angesehensten Observatorien Europas mit Teleskopen aus. Ein brechendes Teleskop von fast zehn Zoll Durchmesser wurde von der russischen Regierung für ihr Observatorium in Dorpat gekauft. Es wird gesagt, dass Fraunhofer Pläne hatte, eine Teleskoplinse von 18 Zoll auszuführen.

Legacy

Fraunhofer erfand das Spektroskop und entdeckte 574 dunkle Linien im Sonnenspektrum. Er kam auch einer Entdeckung, die 40 Jahre später gemacht wurde, sehr nahe, die die Muster dieser dunklen Linien mit der chemischen Zusammensetzung der Lichtquelle verband.

Fraunhofer erfand das Beugungsgitter und verwandelte damit die Spektroskopie von einer qualitativen Kunst in eine quantitative Wissenschaft, indem es demonstrierte, wie man die Wellenlänge des Lichts genau messen konnte. Er fand heraus, dass sich die Spektren von Sirius und anderen Sternen erster Größenordnung voneinander und von der Sonne unterschieden, was die Sternspektroskopie begründete.

Seine Hauptleidenschaft galt letztlich aber immer noch der praktischen Optik.

Obwohl Fraunhofer die dunklen Linien im Spektrum für den praktischen Zweck der Verbesserung der Optik untersuchte, war er sich einiger der interessanten theoretischen Implikationen seiner Entdeckung bewusst. Es blieb für andere, die Auswirkungen der Fraunhofer-Arbeit zu offenbaren. Ein Großteil der Quantenmechanik, die die Beziehung zwischen Teilchen und Wellen klärt, basiert auf einer Analyse von Spektrallinien.Leider hat Fraunhofer keine Details über die Art und Weise hinterlassen, wie er seine Beugungsgitter hergestellt hat, und seine Ergebnisse waren aufgrund des Zeitaufwands und der teuren Ausrüstung schwer zu duplizieren. Vielleicht vergingen deshalb 40 Jahre, bevor nennenswerte Fortschritte bei seiner Pionierarbeit erzielt wurden.Im praktischen Bereich löste seine Arbeit viele der Probleme, mit denen sich Optiker in Bezug auf die chromatische Verzerrung auseinandergesetzt hatten, die optische Systeme plagte. Spätere Designer von Teleskopen und Mikroskopen bauten auf seinen Erfolgen auf.

Siehe auch

• Glas
• Gustav Kirchhoff
• Optik
• Robert Bunsen
• Spektroskopie
• Teleskop

• Aller, Lawrence H. 1991. Atome, Sterne und Nebel. 3. Aufl. In: Cambridge University Press. ISBN 0-521-32512-9
• Anonym. 1827. Brechungs- und Dispersionsfähigkeit von Glas. In: Foreign Quarterly Review. 1:424-434.
• König, Henry C. 2003. Die Geschichte des Teleskops. Mineola, New York: Dover Publikationen. ISBN 0486432653
• Sweetnam, George Kean. 2000. Der Befehl des Lichts: Rowlands Schule für Physik und das Spektrum. Philadelphia: Amerikanische Philosophische Gesellschaft. ISBN 0871692384

Alle Links abgerufen am 8. Juni 2018.

• Artikel der katholischen Enzyklopädie über Joseph von Fraunhofer