Страница 3 из 6
Поставьте на пути лучей спектроскоп — и линии спектра безошибочно расскажут вам о химическом составе тела, испускающего лучи.
Такой способ угадывать химический состав по линиям спектра был назван спектральным анализом.
Бунзен стал исследовать множество разных веществ. Всё, что попадалось ему под руку, он тащил к спектроскопу. Он вносил в пламя горелки и каплю морской воды, и каплю молока, и пепел сигары, и кусочки всевозможных минералов. В спектре пепла гаванской сигары он увидел жёлтую линию натрия и красные линии лития и калия; в спектре кусочка мела он увидел линии натрия, лития, калия, кальция, стронция. Множество разных веществ исследовал таким образом Бунзен, раскаляя их в жарком пламени горелки и наблюдая спектр раскалённых паров.
Новый способ распознавать химический состав оказался необычайно чувствительным и точным. Бунзен находил спектральные линии редкого металла лития в тех веществах, в которых лития так мало, что никаким другим способом его обнаружить невозможно. Литий был найден спектроскопом и в морской воде, и в золе водорослей, прибитых Гольфштрёмом[4] к берегам Шотландии, и в ключевой воде, которую Бунзен взял из источника, бьющего из гранитной скалы в окрестностях Гейдельберга, и в кусках гранита, отколотого от той же скалы, и в листьях винограда, выросшего на скале, и в молоке коровы, которая ела эти листья, и в крови людей, которые пили это молоко.
Но газовая горелка и спектроскоп помогли химику Бунзену сделать ещё более важное открытие: с их помощью он обнаружил два новых металла, о существовании которых никто и не подозревал. В спектре саксонского минерала лепидолита и в спектре рассола, полученного при выпаривании дюркхеймской минеральной воды, он увидел спектральные линии, которые не совпадали с линиями знакомых химикам веществ. Бунзен понял, что и в лепидолите, и в дюркхеймской минеральной воде скрыты какие-то, ещё не известные, вещества.
И в самом деле, вскоре Бунзену удалось извлечь из минерала лепидолита новый металл, который он назвал рубидием, а из дюркхеймской воды другой новый металл, которому он дал имя цезий.
Открытие рубидия и цезия было первой большой победой спектрального анализа.
Звёзды в лаборатории
Шёл год за годом. Физики и химики изучали всё новые и новые спектры: спектры раскалённых паров разных солей, спектры раскалённых и расплавленных металлов, спектры разреженных газов, которые светятся, когда по ним проходит электрический ток, спектр электрической искры, спектр лучей, испускаемых раскалённой известью и прошедших сквозь окрашенные стёкла, сквозь цветные жидкости, газы и пары́.
Спектроскоп, когда-то построенный Кирхгофом из сигарной коробки, стеклянного клина и обломков подзорной трубы, стал родоначальником многих других спектроскопов, более удобных для работы и более точных.
Сам Кирхгоф много потрудился над тем, чтобы усовершенствовать своё изобретение. Вскоре спектроскопы стали изготовляться на оптических фабриках. В каждой лаборатории появился спектроскоп. Немецкие оптические фирмы сконструировали дорогие и сложно устроенные спектральные приборы для точных измерений. Лондонская фирма Браунинг выпустила в продажу дешёвые карманные спектроскопы.
Усовершенствованный спектроскоп с четырьмя призмами
Переходя из призмы в призму, веер лучей разворачивается всё шире и шире.
Спектроскоп пригодился и физикам, и химикам, и инженерам. Пригодился он даже сыщикам. Увидев на полу или на одежде подозрительное тёмное пятно, похожее на засохшую кровь, сыщик смывает пятно спиртом. А по спектру лучей, прошедших через спирт, в лаборатории могут сразу сказать, растворена ли в нём кровь.
Но гораздо больше, чем сыщикам, пригодился спектроскоп людям, которые изучают самые далёкие светящиеся тела — планеты и звёзды. До изобретения спектроскопа никто и мечтать не смел о том, что когда-нибудь нам станет известно, из чего состоят звёзды, планеты и Солнце. Никто не знал, входят ли в состав небесных светил те же самые вещества, которые мы встречаем и у себя на Земле, или же небесные светила состоят из каких-то особенных, небесных веществ.
Только открытие Кирхгофа и Бунзена помогло людям затащить звёзды в лабораторию, создать новую науку — небесную химию, химию небесных светил.
Астрономы всего мира с жадностью ухватились за спектральный анализ и стали применять его в самых разнообразных исследованиях. Здесь не хватит места рассказать обо всех тех удивительных вещах, которые были открыты с помощью спектрального анализа. Только об одном открытии я расскажу здесь — о том открытии, с которого начинается необычайная история вещества, найденного на Солнце.
Спектроскоп исследует Солнце
Во время полного солнечного затмения, когда всё Солнце закрыто от нас Луной, из-за чёрного диска Луны внезапно вырываются красные язычки пламени. Язычки кажутся нам маленькими, а на самом деле они во много раз длиннее диаметра нашей Земли.
Это извержения и взрывы на огненной поверхности Солнца.
Такие взрывы бывают на Солнце каждый день и по многу раз в день. Но простым глазом их можно наблюдать только во время полного солнечного затмения, когда лучезарный диск закрыт Луной и потому не ослепляет нас.
Солнечный диск, покрытый Луной, и огненные выступы. (фото Стефана Сейпа, 05.10.2005.)
Странно, что учёные обратили внимание на эти огненные взрывы, выступающие из-за края Луны, всего только лет семьдесят пять тому назад[5], хотя полные затмения Солнца бывают чуть ли не каждый год — то в одной, то в другой части земного шара, и каждый раз можно заметить солнечные выступы. Астрономы попросту их проглядели. Затмение длится всего несколько минут, а то и секунд, и за эти секунды надо столько записать, зарисовать, измерить! Всё внимание астронома-наблюдателя поглощено лихорадочной работой, и часто волнение мешает ему видеть вещи, которые он не рассчитывал увидеть. А может быть, астрономы и замечали эти взрывы, но считали их просто обманом зрения.
Как бы то ни было, 18 июля 1860 года, когда полное солнечное затмение наблюдалось в Испании, астрономы, съехавшиеся туда со всех концов Европы, наконец-то обратили внимание на солнечные выступы и даже успели их зарисовать. Тогда только учёные всего мира заговорили о солнечных выступах и стали наперебой высказывать различные догадки об их природе и происхождении.
Через восемь лет после испанского затмения, 18 августа 1868 года, ожидали полного солнечного затмения в Индии. Французский астроном Жансен, который всю свою жизнь занимался исследованием Солнца, решил воспользоваться этим затмением, чтобы изучить спектр солнечных выступов. Взяв с собой спектроскоп, он отправился в далёкое морское путешествие. Он поспел вовремя. В тот момент, когда затмение наступило и красные языки вырвались из-за чёрного лунного диска, Жансен навёл на них трубу своего спектроскопа. Он увидел цветные линии — спектр тех раскалённых газов и паров, которые извергает Солнце.
Жюль Жансен
Линии были такие яркие, что у Жансена невольно возникла мысль: а нельзя ли увидеть их и без затмения, при полном блеске Солнца?
На другой день, когда Солнце как ни в чём не бывало выкатилось из-за горизонта и поднялось над пальмами и пагодами, Жансен навёл щель спектроскопа на самый край Солнца. Он сделал это так осторожно и так искусно, что в щель спектроскопа попадали только лучи солнечных выступов, а лучи самого солнечного диска проходили мимо.
4
Гольфстрим. (Прим. изд.)
5
Во второй половине XIX в. (Прим. изд.)