可視領域のフラウンホーファー線と原子スペクトルについて解説

化学や物理学の分野で、フラウンホーファー線や原子スペクトルに関する理解は、光の性質や物質の構造を深く理解するために重要です。この記事では、可視領域におけるフラウンホーファー線とは何か、そしてそれらがどのように原子スペクトルと関係しているのかについて詳しく説明します。

フラウンホーファー線とは？

フラウンホーファー線とは、太陽光や白色光をプリズムや分光器で分光した際に見られる暗い線のことを指します。これらの線は、太陽や星の光が通過する際に、物質（例えば、太陽の大気中の元素）が特定の波長の光を吸収することによって現れます。

これらの線は、19世紀のドイツの物理学者ヨハン・フリードリッヒ・フラウンホーファーによって発見され、彼の名前にちなんで「フラウンホーファー線」と呼ばれるようになりました。フラウンホーファー線は、特定の元素が吸収する光の波長に対応しており、原子や分子のスペクトルを解析する手がかりとなります。

原子スペクトルとは？

原子スペクトルは、原子が光を吸収または放出する際に生じる特定の波長の光の集まりです。これらのスペクトルは、元素ごとに固有のもので、原子内の電子が異なるエネルギー状態に遷移する際に発生します。

原子スペクトルには、連続スペクトル、吸収スペクトル、発光スペクトルの3種類があります。フラウンホーファー線は、吸収スペクトルの一部であり、物質が特定の波長の光を吸収することで暗い線として現れます。この線は、元素ごとに異なる波長を示し、元素の同定に役立ちます。

可視領域におけるフラウンホーファー線

可視領域のフラウンホーファー線は、太陽光やその他の光源がスペクトルを形成する際に観察されます。これらの線は、特定の元素が吸収する波長に対応しており、太陽の大気中の水素、ヘリウム、カルシウム、ナトリウムなどの元素によるものです。

太陽光を分光すると、多くの暗い吸収線が見つかります。例えば、ナトリウムのD線（589.0nmと589.6nm）は、太陽光におけるフラウンホーファー線の代表的な例です。この線は、太陽の外層の水素やヘリウムが光を吸収することで現れます。

原子スペクトルによるフラウンホーファー線の例

フラウンホーファー線は、原子スペクトルの特徴的な一部です。特定の元素が光を吸収するとき、吸収された光の波長に対応する暗い線がスペクトルに現れます。これらの線は、元素ごとに固有の波長を持つため、元素を識別するための重要な手段となります。

例えば、水素のフラウンホーファー線は、バルマー系列に由来するもので、可視領域で見ることができます。水素の吸収線は、約656.3nm、486.1nm、434.0nm、410.2nmなどの波長に現れます。

まとめ

可視領域のフラウンホーファー線は、太陽光などの白色光を分光した際に現れる暗い吸収線で、原子スペクトルの一部として重要な役割を果たします。これらの線は、特定の元素が光を吸収する波長を示しており、元素の同定や物質の性質の理解に役立ちます。フラウンホーファー線の解析は、物理学や天文学、化学において、物質の内部構造を探るための重要なツールとなります。