Joseph von Fraunhofer

Joseph von Fraunhofer (6 Marzo 1787 – giugno 7, 1826) è stato un tedesco ottico che fu il primo a studiare e classificare le linee scure che compaiono negli spettri del sole. Durante la sua vita era conosciuto come il creatore dei migliori telescopi rifrattori in Europa. Ha anche perfezionato l’uso di griglie sottili, note come griglie di diffrazione, per la produzione e l’analisi degli spettri di luce.

Biografia

Fraunhofer nacque a Straubling, in Baviera, figlio di Franz Xaver Fraunhofer e Maria Anna Fröhlich. Il padre di Fraunhofer era un artigiano che produceva pregiati vetri decorativi. Quando Fraunhofer aveva 11 anni, aveva perso entrambi i suoi genitori e fu apprendista di Philipp Anton Weichelsberger, un produttore di specchi e vetri decorativi. Mentre Fraunhofer deve aver imparato molto sulla lavorazione del vetro durante il suo apprendistato, l’ambiente era generalmente opprimente, e non gli era permesso nemmeno di frequentare le lezioni della domenica che erano riservate agli apprendisti.

Nel 1801 si verificò un evento che avrebbe cambiato la vita di Fraunhofer e la storia della scienza. Il complesso di Weichelsberger, che ospitava sia lo studio di vetro che gli alloggi, subì un crollo e Fraunhofer e la moglie di Weichelsberger furono intrappolati dalle macerie. La signora Weichelsberger perse la vita nell’incidente, ma Fraunhofer, protetto da una forte traversa, sopravvisse.

Il pre-morte e il salvataggio del giovane Fraunhofer attirarono l’attenzione di Massimiliano IV Giuseppe, principe elettore di Baviera, che si dice sia stato coinvolto nello sforzo di salvataggio. Massimiliano invitò Fraunhofer nel suo castello, e fu in grado di fornirgli un sostegno finanziario. Maximilian fece anche pressioni su Weichelsberger per permettere a Fraunhofer di frequentare le lezioni di domenica, e lo mise sotto la cura di Joseph von Utzschneider, un avvocato con tendenze imprenditoriali.

Poco dopo Fraunhofer e Utzschneider si incontrarono, quest’ultimo collaborò con Georg Reichenbach e J. Leibherr per aprire l’Istituto Matematico Meccanico Reichenbach Utzschneider Liebherr, dedicato alla produzione di strumenti topografici che richiedevano lenti di alta qualità per la loro fabbricazione.

Da apprendista a manager

Nel 1804, Fraunhofer, con l’aiuto di una sovvenzione di Massimiliano, cercò di stabilire una propria attività, ma non riuscì a guadagnare abbastanza per mantenersi e fu costretto a tornare dal suo ex datore di lavoro. Ma nel 1806, Utzschneider offrì a Fraunhofer una posizione presso l’Istituto, che ora si trovava nell’Abbazia di Benediktbeuern, precedentemente nelle mani dell’ordine benedettino. Qui apprese l’arte del vetro da Pierre Guinand, che aveva già perfezionato alcune delle sue innovazioni.

Da questo punto in poi, Faunhofer cominciò a mostrare il suo valore. Nel 1809, Fraunhofer è stato offerto un junior partnership in azienda, ed è stato messo a capo delle sue operazioni quotidiane, che due anni dopo significava la gestione di uno staff di oltre 40 persone. Nel 1812 Fraunhofer stava producendo lenti rifrattori di qualità con un diametro di sette pollici, una dimensione rispettabile per una lente telescopica in quel momento.

Fraunhofer voleva risolvere il problema della colorazione fantasma nelle immagini di telescopi e altri strumenti ottici. Per svolgere questo compito, ha deciso di analizzare la luce del sole, e lo spettro di diversi colori che ha prodotto quando è passato attraverso un prisma di vetro. Per esaminare questo effetto in modo più accurato, ha esaminato lo spettro della luce solare usando un telescopio, e quindi ha inventato il primo spettroscopio. Fu sorpreso di trovare sparsi in tutto lo spettro, linee scure la cui posizione non cambiò. William Hyde Wollaston osservò alcune delle stesse linee nel 1802, ma non trasse conclusioni forti dal fenomeno.

Fraunhofer lines

Nel 1814, in un libro di memorie intitolato “Treatise of the Refractive and Dispersive Powers of Different Kinds of Glass”, Fraunhofer pubblicò i risultati della sua ricerca sulle linee scure che trovò non solo negli spettri del Sole, ma anche della Luna, delle stelle e delle fiamme. Misurò l’indice di rifrazione per le diverse linee, che poiché giacevano sempre nello stesso posto nello spettro, erano un’indicazione del modo in cui i raggi di un particolare colore venivano rifratti. Ha usato i risultati della sua ricerca per mitigare gli effetti della dispersione ottica, che è la fonte della colorazione fantasma che toglie le immagini ottiche chiare.

Nel 1821, Fraunhofer utilizzò una rete metallica per esplorare gli effetti di dispersione di piccole fessure, e scoprì che la sua rete produceva uno spettro della luce che stava osservando. Ha usato questa serie di fili equidistanti, due millesimi di pollice di spessore e distanziati quattro millesimi di pollice a parte, per calcolare la lunghezza d’onda della luce di un particolare colore, un’impresa compiuta da Thomas Young nel 1802.

Fraunhofer in seguito utilizzò linee incise su una lastra di vetro ricoperta di foglia d’oro per produrre lo stesso effetto della rete metallica. Tale disposizione è chiamata griglia di diffrazione e le sue proprietà furono esaminate per la prima volta dall’astronomo americano David Rittenhouse nel 1786. Ritterhouse, tuttavia, non trasse conclusioni dalla sua scoperta. Fraunhofer pubblicò le sue scoperte nel 1821 in un libro di memorie intitolato ” Nuova modifica della luce mediante l’influenza reciproca e la diffrazione dei raggi e le leggi di questa modifica.”

In tutto, Fraunhofer mappò oltre 570 linee e designò le caratteristiche principali con le lettere da A a K e le linee più deboli con altre lettere.

È stato successivamente scoperto da Gustav Kirchhoff e Robert Bunsen che le linee scure sono dovute alla presenza di elementi in a ] o vapore attraverso i quali passa la luce prima che il suo spettro venga analizzato. Questi scienziati hanno scoperto che alcune delle linee del sole potrebbero essere riprodotte facendo passare la luce attraverso il vapore di sodio prodotto bruciando cloruro di sodio in una fiamma. Ciò li ha portati alla conclusione che il sodio è presente nel Sole e che le linee di Fraunhofer nello spettro solare sono prodotte perché la luce del Sole passa attraverso la propria atmosfera.

Alcune delle linee di Fraunhofer alla luce solare sono dovute all’assorbimento da parte di elementi nell’atmosfera terrestre.

Negli anni successivi

Nel 1820 Fraunhofer fu nominato socio a pieno titolo della sua ditta e direttore dell’istituto. Grazie agli ottimi strumenti ottici che aveva sviluppato, la Baviera superò l’Inghilterra come centro dell’industria dell’ottica. Anche artisti del calibro di Michael Faraday non erano in grado di produrre vetro che potesse rivaleggiare con Fraunhofer.

La sua illustre carriera alla fine gli valse un dottorato onorario dall’Università di Erlangen nel 1822, e, nello stesso anno, fu nominato custode del museo per l’Accademia Reale delle Scienze di Monaco. Nel 1824, il re di Baviera gli conferì l’Ordine al Merito Civile. Come molti vetrai della sua epoca che furono avvelenati da vapori di metalli pesanti, Fraunhofer morì giovane, nel 1826, all’età di 39 anni. Si pensa che le sue ricette di vetro più preziose siano andate nella tomba con lui.

Lenti del telescopio

La ditta di Fraunhofer equipaggiò molti degli osservatori rispettabili d’Europa con telescopi. Un telescopio rifrattore di quasi dieci pollici di diametro è stato acquistato dal governo russo per il suo osservatorio a Dorpat. Si dice che Fraunhofer aveva in programma di eseguire una lente del telescopio di 18 pollici.

Legacy

Fraunhofer inventò lo spettroscopio e scoprì 574 linee scure che apparivano nello spettro solare. È anche venuto molto vicino a una scoperta fatta 40 anni dopo che collegava i modelli formati da queste linee scure alla composizione chimica della sorgente luminosa.

Fraunhofer inventò la griglia di diffrazione e così facendo trasformò la spettroscopia da un’arte qualitativa a una scienza quantitativa dimostrando come si potesse misurare con precisione la lunghezza d’onda della luce. Scoprì che gli spettri di Sirio e di altre stelle di prima grandezza differivano l’uno dall’altro e dal sole, fondando così la spettroscopia stellare.

In definitiva, tuttavia, la sua passione primaria era ancora l’ottica pratica.

Sebbene Fraunhofer indagasse le linee scure nello spettro allo scopo pratico di migliorare l’ottica, era consapevole di alcune delle interessanti implicazioni teoriche della sua scoperta. Rimaneva ad altri rivelare l’impatto del lavoro di Fraunhofer. Gran parte della meccanica quantistica, che chiarisce la relazione tra particelle e onde, si basa su un’analisi delle linee spettrali.

Sfortunatamente, Fraunhofer non ha lasciato dettagli sul modo in cui ha realizzato le sue griglie di diffrazione, e i suoi risultati sono stati difficili da duplicare a causa del tempo richiesto e delle costose attrezzature coinvolte. Forse è per questo che passarono 40 anni prima che si facessero apprezzabili progressi nella sua opera di pioniere.

In ambito pratico, il suo lavoro ha risolto molti dei problemi che gli ottici erano stati alle prese con per quanto riguarda la distorsione cromatica che affliggeva i sistemi ottici. Più tardi i progettisti di telescopi e microscopi hanno costruito sui suoi successi.

Vedi anche

• Vetro
• Gustav Kirchhoff
• Ottica
• Robert Bunsen
• Spettroscopia
• Telescopio

• Aller, Lawrence H. 1991. Atomi, Stelle e nebulose. 3a ed. Cambridge: Cambridge University Press. ISBN 0-521-32512-9
• Anonimo. 1827. Poteri rifrattivi e dispersivi del vetro. Revisione trimestrale estera. 1:424-434.
• Re, Enrico C. 2003. La storia del telescopio. Mineola, New York: Dover Publications. ISBN 0486432653
• Sweetnam, George Kean. 2000. Il comando della luce: Rowland’s School of Physics and the Spectrum. Philadelphia: American Philosophical Society. ISBN 0871692384

Tutti i link recuperati 8 giugno 2018.

• Catholic Encyclopedia articolo su Joseph von Fraunhofer