스펙트럼과 프라운호퍼 선

스펙트럼과 프라운호퍼 선

spectrum and fraunhofer line

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스펙트럼이란 분광학의 연구 대상으로 빛을 여러 색으로 분해한 것을 말한다. 흔히 제일 처음 보게되는 스펙트럼의 그림은 위와 같이 가로, 혹은 세로로 긴 형태의 선 스펙트럼 이다. 하지만 스펙트럼이 처음부터 이러한 형태를 띄었던 것은 아니다. 프리즘을 통해서 빛을 여러 색으로 분해시킬 수 있음을 처음 발견한 사람은 뉴턴이다. 뉴턴은 빛을 조그만 구멍을 통과시킨 후 다시 프리즘을 통과시켰기 때문에 이런식으로 얻은 스펙트럼은 아래와 같이 원 모양이었다.

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이후 영국의 물리학자 윌리엄 월러스턴William Hyde Wollaston 이 조그만 구멍 대신에 가늘고 긴 구멍인 슬릿에 빛을 통과시킨 후 프리즘으로 분해하여 스펙트럼을 막대 모양으로 관찰할 수 있는 방법을 개발했다. 선 스펙트럼이 관찰하기 더 쉽기 때문에 더욱 정밀한 분석이 가능해졌다. 월러스턴은 이런식으로 햇빛의 스펙트럼을 분석하다가 일정한 위치에 검은색 줄이 수직으로 나타나는 현상을 발견했다. 이는 햇빛에 특정한 색깔(파장)의 빛이 포함되어 있지 않다는 것을 의미했다. 월러스턴은 이 현상에 큰 관심을 가지지 않았지만 프라운호퍼Joseph von Fraunhofer 는 더 자세히 들여다보았다. 프라운호퍼는 독일 고위 관료였던 우츠슈나이더Joseph von Utzschneider 의 정밀 기기 회사에서 광학 사업에 큰 업적을 쌓은 사람이었다. 프라운호퍼는 가지고 있던 뛰어난 기술로 태양광의 스펙트럼을 더욱더 정밀하게 연구했다.

05.jpg 위 그림은 프라운호퍼가 직접 그리고 색칠한 태양광 스펙트럼이다. 프라운호퍼는 태양광 스펙트럼에서 월러스턴이 관찰했던 것보다 더 많은 검은색 선이 나타난다는 것을 알게 되었다. 월러스턴은 몇 개의 선을 관찰했을 뿐이었지만 프라운호퍼는 무려 574개의 선을 발견했다. 프라운호퍼는 파장과 위치에 따라 이 선들에 A부터 Z까지 이름을 붙였고, 이는 아직까지도 쓰이고 있다. 이러한 선들을 가리켜 프라운호퍼 선Fraunhofer Lines 이라 부른다.

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프라운호퍼가 그렇게 연구를 이어가던 와중 자신이 D라고 이름 붙인 선이 나르튬의 분광실험에서 나타나는 스펙트럼과 일치한다는 사실을 알았다. 뒤이어 프랑스 물리학자 레옹 푸코Jean Bernard Leon Faucault는 태양광을 나트륨 기체에 통과시킨 다음 스펙트럼을 관찰하면 D선이 더욱 뚜렷하게 나타난다는 것을 발견했다. 이는 나트륨 기체가 D 스펙트럼을 나타내는 파장의 빛을 흡수했음을 의미한다. 이후 독일의 키르히호프Gustav Kirchhoff분젠Robert Wilhelm Bunsen의 연구로 인해 나트륨이 D 스펙트럼을 흡수하는 것 뿐만 아니라 방출한다는 것이 알려졌다.

이러한 연구 결과로 스펙트럼 분석으로 어떠한 물질 속에 특정한 원소가 존재하는지는 알 수 있게 되었다. 예를 들어 특정한 별에서 나온 빛의 스펙트럼을 분석하여 별이 어떤 원소를 가지고 있는지 알 수 있게 되는 등 다양한 과학 분야에서 활용되고 있다.


  1. 이강영. (2018). 스핀: 파울리, 배타 원리 그리고 진짜 양자역학 ↩︎

  2. https://en.wikipedia.org/wiki/Spectrum ↩︎

  3. https://m.blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=moeblog&logNo=220420987122&proxyReferer=https:%2F%2Fwww.google.com%2F ↩︎

  4. https://terms.naver.com/entry.nhn?docId=3579762&cid=58941&categoryId=58958 ↩︎

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