自從德國物理學家克希荷夫（Gustav R. Kirchhoff）與化學家本生於1859年共同發明化學元素的光譜分析法，並指出陽光的「夫朗和斐線」就是不同化學元素的光譜後，科學家紛紛透過光譜分析尋找新的元素。

法國天文學家讓森（Pierre Janssen, 1824－1907）特地於1868年8月18日這一天跑到印度的Guntur，因為此地才能看到日全食。日全食時，黑色太陽邊緣的日珥清晰可見，讓森就能用光譜儀觀測這太陽表面噴發出的強烈火舌，分析其中所含的元素。結果他在光譜中發現了一條特殊的的黃色亮線，他想再觀測確認，但日食已過，讓森情急之下，想出在光譜儀中加上剛好遮住太陽的小圓盤，如此就能製造日食的效果。他改造好光譜儀之後再次觀測日珥，確認是新的光譜線後，將觀測結果寄交法國科學院。

10月23日，就在讓森的報告抵達法國科學院這一天，英國天文學家洛克耶（Norman Lockyer, 1836－1920）也在英國皇家學會報告同樣的發現。不過洛克耶是於8月20日在倫敦做的觀測；他沒有千里迢迢地跑到印度，因為他也想到了讓森想到的原理。英國皇家學會的秘書於10月26日向法國科學院告知洛克耶的發現，因此不用再做驗證了，當天法國科學院就對外宣布讓森與洛克耶兩人共同發現太陽新的光譜線D3。

不過此時兩人都還沒想到這新的光譜線可能代表新的元素，是洛克耶繼續仔細比對現有已知元素的光譜線，發現都不符合後，才於十一月宣布那是地球尚未發現的元素；他將它命名為「氦」（helium），取自太陽的希臘文”helios”。

氦是惰性氣體，又無色無味，難怪這宇宙第二豐富的元素在此之前竟從未被發現。1882年，義大利物理學家帕密里（Luigi Palmieri）才在觀測維蘇威火山的岩漿時，首次在地球上發現D3光譜線，證實地球也存在氦元素。氦在自然界主要存在於天然氣與放射性礦物中。放射性礦物輻射出的α粒子就是氦原子核，拉塞福於1907年將α粒子打入真空管，放電後觀察管內新氣體發出的光譜，才確認α粒子就是氦原子核。沒錯，用的還是當年讓森與洛克耶所用的光譜分析法。

資料引用於：http://history.pansci.asia/

1908年7月10日，荷蘭物理學家海克·卡末林·昂內斯(荷蘭語：Heike Kamerlingh Onnes，1853年9月21日－1926年2月21日)首次將氦氣進行液化。發展至近10年以來，液氦主要被拿來作為低溫製冷劑並且投入商業化生產，其中又以常在核磁共振成像、核磁共振、物理學實驗使用的超導磁鐵最為常見。

1911年，昂內斯在非常低的溫度進行純金屬（汞、錫、鉛）的電性分析。昂內斯利用液氦將金和鉑冷卻到4.3 K以下，發現鉑的電阻為一常數。隨後他又將汞卻到4.2 K以下，測量到其電阻幾乎降為零，這就是超導現象。

1913年，昂內斯又發現錫和鉛也和汞一樣具有超導性。同年，由於對物質在低溫狀態下性質的研究以及液化氦氣，昂內斯被授予諾貝爾物理學獎。

感謝大大，有意思的科普文，期待您的再次分享

我們遙測遠方星體的組織成分~應該也是用這種｢光譜分析法｣吧
感謝好友分享

jkfmen 發表於 2018-10-26 19:00
我們遙測遠方星體的組織成分~應該也是用這種｢光譜分析法｣吧
感謝好友分享 ...

本來不想要提到這麼多的細節，因為大部分的好友對艱深的物理都敬而遠之，但是好友既然提到，那我就來介紹一下光譜學的發展。

夫朗和斐(Joseph von Fraunhofer，1787年3月6日－1826年6月7日)德國物理學家，主要貢獻集中在光學方面。夫朗和斐11歲成為孤兒，在慕尼克的一家玻璃作坊當學徒。1801年，這家作坊的房子崩塌了，巴伐利亞國王馬克西米利安一世親自帶人將其從廢墟中救起。當時巴伐利亞是德意志聯邦共和國東南部的一個邦，是德國面積第一大邦，佔全國面積1/5、人口第二大邦，首府位於慕尼黑。馬克西米利安一世十分愛護夫朗和斐，為其提供了書籍和學習的機會。

8個月後，夫朗和斐被送往著名的本訥迪克特伯伊昂修道院的光學學院接受訓練，這所本篤會修道院十分重視玻璃製作工藝。到1818年，夫朗和斐已經成為光學學院的主要領導。由於夫朗和斐的努力，巴伐利亞取代英國成為當時光學儀器的製作中心，連麥可·法拉第也只能甘拜下風。

1824年，夫朗和斐被授予藍馬克斯勳章，成為貴族和慕尼克榮譽市民。由於長期從事玻璃製作而導致的重金屬中毒，弗朗和斐年僅39歲便與世長辭。

一直到今日德國的蔡司都出產全世界最好的鏡片，200多年前這位國王造就了夫朗和斐，夫朗和斐卻造就了整個德國的光學工業，人才的重要性由此可見！

1811年，夫朗和斐發明分光儀，在太陽光的光譜中，他發現了574條黑線，並且以字母A到K標示出主要的特徵譜線，較弱的則以其他的字母標示，這些線被稱作夫朗和斐線。

夫朗和斐線中最引人注目的莫過於黃光部分的兩條暗線－D線(D line)。有次夫朗和斐突發奇想，他分別驗證太陽光與鈉燃燒產生的光譜，發現鈉燃燒的光譜在同樣D線處出現兩條明亮的黃線，但夫朗和斐無法解釋這個奇妙的「巧合」。

元素光譜分析：

夫朗和斐實驗四十年後，德國科學家克希荷夫(Gustav Kirchhoff，1824-1887)與本生(Robert Bunsen，1811-1899)兩人在海德堡大學開始了光譜分析的研究，首先本生改良了一種利用瓦斯混合空氣燃燒的加熱器具，現稱本生燈(Bunsen burner) 。一般火焰的亮度太高，容易干擾光學實驗；而本生燈的火焰較陰暗，較不會影響加熱物質放出的光線。

除了本生燈以外，兩人一同開發出分光鏡(spectroscope)，分光鏡的原理是利用不同波長光線的折射率不同，透過稜鏡而產生色散，克希何夫推斷類似顏色的火焰應可使用稜鏡來區分它們放出光線的不同。

克希何夫同時也使用高熱的石灰產生連續性的光譜，將此光通過鈉燃燒的火焰，再經過稜鏡色散。就在先前發表太陽光光譜的D線位置，出現了暗線，此時已是1859年，夫朗和斐實驗後四十五年。

夫弗朗和斐實驗：燃燒鈉導致光譜在D線處得到兩條亮黃線。

克希何夫實驗：石灰產生的光通過鈉火焰導致得到連續光譜，而卻在D線處出現兩條暗線。

克希何夫認定太陽的表面必定存在鈉蒸氣，才會有這樣的譜線。克希何夫認為夫朗和斐暗線揭示了太陽大氣中的元素構成，每種元素都會吸收陽光中的相應譜線，從而使光譜中的對應位置出現暗線。透過這種方法，克希何夫歸納出某元素在高熱時若能發射某種波長的光，則在較低溫時其蒸氣就會吸收相同波長的光。實驗的結果在往後被歸納為「克希何夫三大光譜定律」：

1. 熾熱的固體會發出連續光譜。

2. 熱且稀薄的氣體會放出特定波長的光，現稱「放射光譜(emission spectrum)」。

3. 熾熱的固體周圍若被比固體冷且稀薄的氣體包圍，會產生幾乎連續的光譜， 不連續處會出現在特定波長，現稱「吸收光譜(absorption spectrum)」。

定律中的特定波長取決於元素的特性，當時克希荷夫並不知道原子的能階，存在的不連續譜線在後來才由波耳原子模型所解釋，這有助於量子力學的產生。

現今量子力學解釋這現象是因為每種元素都有特定的能階，吸收特定波長的光可使電子躍遷至激發態(excited state)；反之激發態的電子回到較低能階時也會放出特定波長的光。

元素光譜分析在近代就應用到了天體光譜學。恆星光譜中的吸收線可以用於確定恆星的化學成分。每個元素在光譜中對應於一組不同波長的光譜，可以在實驗中非常準確的測定這些吸收譜線。然後，對應於特定波長的吸收譜線，顯示必定就是存在著該種元素。個別重要的是氫的吸收譜線(它幾乎在所有恆星的大氣層中都能發現)；在可見光中的譜線被稱為巴耳麥線。

近代原子物理和恆星演化模型的結合，使恆星光譜可以用來確定恆星的許多屬性，例如它們的距離、年齡、光度、和質量損失率，都可以從光譜的研究估計，而對都卜勒頻移的研究還可以找出隱藏的伴星，例如黑洞和系外行星。

732 發表於 2018-10-26 21:00
定律中的特定波長取決於元素的特性，當時克希荷夫並不知道原子的能階，存在的不連續譜線在後來才由波耳原子 ...

很像我們以前在學色彩學

 每個原子發射和吸收這些獨特的顏色組合，使我們能夠加以識別。

下圖顯示所有已知化學元素的可見光指紋「原子光譜」。

職業病又犯了，以為在上課，一不小心又巨量資料轟炸各位好友，抱歉！

deeperinloveu 發表於 2018-10-26 21:07
很像我們以前在學色彩學

在化學家的眼中，每一個獨特的色彩都代表週期表中的一個元素。

所以藝術家和科學家來看顏色，各有不同的解釋！

說得很棒
就像在上課一樣~真是獲益良多

感謝大大知識的分享！

732 發表於 2018-10-26 21:00
定律中的特定波長取決於元素的特性，當時克希荷夫並不知道原子的能階，存在的不連續譜線在後來才由波耳原子 ...

果然是這樣

這些科學家真強

哈哈哈，在電學領域我們比較熟悉的是克希荷夫的電路定律😂