Γιόζεφ φον Φράουνχοφερ

Ο Γιόζεφ φον Φράουνχοφερ (6 Μαρτίου 1787 – 7 Ιουνίου 1826) ήταν διακεκριμένος Βαυαρός φυσικός που υπήρξε πρωτοπόρος κατασκευαστής οπτικών φακών του 19ου αιώνα. Κατασκεύασε φακούς οπτικής υάλου και αχρωματικού τηλεσκοπίου, εφηύρε το φασματοσκόπιο και ανέπτυξε το πλέγμα περίθλασης. Το 1814 εκπονώντας έρευνα ανακάλυψε τις σκοτεινές γραμμές απορρόφησης στο φάσμα του Ήλιου, οι οποίες σήμερα είναι γνωστές ως γραμμές Φράουνχοφερ.

Σπούδασε φυσικές επιστήμες εργαζόμενος ταυτόχρονα ως υαλουργός. Ο ίδιος επέφερε ουσιώδεις τροποποιήσεις σε όργανα παρατήρησης, όπως λ.χ. στο μικρόμετρο, το ηλιόμετρο και το μικροσκόπιο. Ο Φράουνχοφερ θεωρείται, επίσης, πως κατασκεύασε το παραλλακτικό τηλεσκόπιο του Ντόρμπατ.

Ο Γερμανικός Οργανισμός Έρευνας, Φράουνχοφερ (Fraunhofer-Gesellschaft), έλαβε την ονομασία του προς τιμήν του και είναι σήμερα ο μεγαλύτερος ερευνητικός φορέας στην Ευρώπη για την εφαρμοσμένη και τεχνολογική έρευνα.

Βιογραφικά στοιχεία 
Ο Γιόζεφ φον Φράουνχοφερ ήταν το 11ο παιδί της οικογένειάς του. Γεννήθηκε στην κωμόπολη Straubing, στο τότε Εκλεκτοράτο της Βαυαρίας, από τον Franz Xaver Fraunhofer και τη Maria Anna Fröhlich. 

Έμεινε ορφανός σε ηλικία 11 ετών και άρχισε να εργάζεται ως μαθητευόμενος σε έναν απαιτητικό υαλουργό με το όνομα Philipp Anton Weichelsberger. Το 1801, το εργαστήριο στο οποίο εργαζόταν κατέρρευσε και ολοσχερώς καταστράφηκε. Η διάσωση της εν λόγω επιχείρησης έγινε τότε από τον πρίγκιπα-εκλέκτορα Maximilian Joseph. Ο πρίγκιπας συμπάθησε πολύ τον Φράουνχοφερ, του παρείχε τεχνικά βιβλία για την υαλουργία και πίεσε τον εργοδότη του ώστε να επιτρέψει στον νεαρό τότε Φράουνχοφερ να σπουδάσει.

Με τα χρήματα που του έδωσε ο πρίγκιπας κατά τη διάσωση της επιχείρησης και την υποστήριξη που έλαβε από τον δωρητή J. Utzschneider, ο Φράουνχοφερ μπόρεσε να συνεχίσει την εκπαίδευσή του παράλληλα kai με την πρακτική του εξάσκηση. Το 1806, πήγε στο Ινστιτούτο Υαλουργίας στο Benediktbeuern, ένα εκκοσμικευμένο μοναστήρι των Βενεδικτίνων που ήταν εξειδικευμένο στην υαλουργία. Εκεί ανακάλυψε το πως να φτιάχνει λεπτό οπτικό γυαλί και εφηύρε ακριβείς μεθόδους για τη μέτρηση της οπτικής διασποράς.

Στο Ινστιτούτο αυτό επίσης γνώρισε τον Pierre Louis Guinand, έναν πεπειραμένο Ελβετό τεχνικό υάλου, ο οποίος του έδωσε οδηγίες και συμβουλές για την υαλουργία. Μέχρι το 1809, το μηχανικό τμήμα του τμήματος οπτικών ήταν κυρίως υπό τη διεύθυνση του Fraunhofer και ο Fraunhofer έγινε ένα από τα μέλη της εταιρείας την ίδια χρονιά. Το 1814, ο Guinand εγκατέλειψε την εταιρεία, όπως και ο Reichenbach. Ο Guinand αργότερα θα γίνει συνεργάτης με τον Fraunhofer στην εταιρεία και το όνομα άλλαξε σε Utzschneider-und-Fraunhofer. Κατά τη διάρκεια του 1818, ο Fraunhofer έγινε διευθυντής του Ινστιτούτου Οπτικών. Λόγω των λεπτών οπτικών οργάνων που αναπτύχθηκαν από τον Fraunhofer, η Βαυαρία ξεπέρασε την Αγγλία ως το κέντρο της βιομηχανίας οπτικών. Ακόμα και εκείνοι όπως ο Μάικλ Φαραντέι δεν ήταν σε θέση να παράγουν γυαλί που θα μπορούσε να ανταγωνιστεί τον Φράουνχοφερ.

Η λαμπρή καριέρα  του, του χάρισε τον τίτλο του επίτιμου διδάκτορα στο Πανεπιστήμιο του Ερλάνγκεν το 1822. Το 1824, ο Fraunhofer διορίστηκε Ιππότης του Τάγματος της Αξίας του Βαυαρικού Στέμματος από τον Βασιλιά Μαξιμιλιανό Α, μέσω του οποίου αναδείχθηκε με τον τίτλο "Ritter von", δηλ. ιππότης. Την ίδια χρονιά, έγινε επίσης επίτιμος πολίτης του Μονάχου.

Όπως πολλοί υαλουργοί της εποχής του, δηλητηριάστηκε από ατμούς βαρέων μετάλλων, με αποτέλεσμα τον πρόωρο θάνατό του. Απεβίωσε τελικά το 1826, μόλις σε ηλικία 39 ετών. Οι πιο πολύτιμες "χημικές συνταγές" του για την παραγωγή γυαλιού πιστεύεται ότι τις πήρε στον τάφο μαζί του.

Έρευνα και καινοτομίες 

Μία από τις πιο δύσκολες λειτουργίες της πρακτικής οπτικής κατά τη διάρκεια της περιόδου της ζωής του Φράουνχοφερ ήταν το ακριβές γυάλισμα των σφαιρικών επιφανειών των μεγάλων γυαλιών αντικειμένων. Μόνος του εφηύρε το μηχάνημα  που κατέστησε την επιφάνεια πιο λεία και ομοιόμορφη από τη συμβατική λείανση. Επινόησε επίσης και άλλες μηχανές λείανσης και στίλβωσης και εισήγαγε πολλές βελτιώσεις στην κατασκευή των διαφόρων ειδών γυαλιού που χρησιμοποιούνται για οπτικά όργανα, τα οποία πάντα έβρισκε ότι είχαν ελαττώματα και παρατυπίες.

Το 1811 κατασκεύασε ένα νέο είδος φούρνου (κλιβάνου) και κατά τη διάρκεια της δεύτερης τήξης του, όταν έλιωσε μια μεγάλη ποσότητα γυαλιού, διαπίστωσε ότι μπορούσε να παράγει γυαλί πυριτίου, το οποίο, όταν ελήφθη από τον πυθμένα ενός δοχείου που περιείχε περίπου 224 λίβρες, είχε την ίδια διαθλαστική δύναμη με το γυαλί που αφαιρέθηκε από την επιφάνεια.

Τότε, θεωρούνταν ότι ο ακριβής προσδιορισμός της ισχύος για ένα συγκεκριμένο μέσο να διαθλά τις ακτίνες του φωτός και να διαχωρίζει τα διαφορετικά χρώματα που περιέχουν παρεμποδίστηκε από την απουσία ακριβών ορίων μεταξύ των χρωμάτων του φάσματος, καθιστώντας δύσκολη την ακριβή μέτρηση της γωνίας διάθλαση;. Για να αντιμετωπίσει αυτόν τον περιορισμό, ο Φράουνχοφερ πραγματοποίησε μια σειρά πειραμάτων με σκοπό την παραγωγή τεχνητού ομοιογενούς φωτός, και μη μπορώντας να επηρεάσει το αντικείμενό του με άμεσο τρόπο, το έκανε μέσω λαμπτήρων και πρισμάτων.

Ανακάλυψη σκοτεινών γραμμών απορρόφησης 

Μέχρι το 1814 ο Φράουνχοφερ είχε εφεύρει το σύγχρονο φασματοσκόπιο. Αυτή η ευρεσιτεχνία του θεωρείται σήμερα πάρα πολύ σημαντική.

Κατά τη διάρκεια των πειραμάτων του, εφηύρε μια φωτεινή σταθερή γραμμή που εμφανίζεται στο πορτοκαλί χρώμα του φάσματος όταν παράγεται από το φως της φωτιάς. Αυτή η γραμμή του επέτρεψε στη συνέχεια να προσδιορίσει την απόλυτη δύναμη διάθλασης σε διαφορετικές ουσίες. Πειράματα για να εξακριβωθεί εάν το ηλιακό φάσμα περιείχε την ίδια φωτεινή γραμμή με πορτοκαλί χρώμα, καθώς η γραμμή που παράγεται από το πορτοκαλί φως φωτός τον οδήγησε στην ανακάλυψη 574 σκοτεινών σταθερών γραμμών στο ηλιακό φάσμα. Σήμερα, εκατομμύρια τέτοιες σταθερές γραμμές απορρόφησης είναι πλέον γνωστές.

Συνεχίζοντας την έρευνα, ο Φράουνχοφερ εντόπισε σκοτεινές γραμμές που εμφανίζονταν επίσης στο φάσμα πολλών λαμπρών αστέρων, αλλά σε ελαφρώς διαφορετικές διευθετήσεις. Απέκλεισε κάθε ενδεχόμενο οι γραμμές να παράγονται καθώς το φως περνά μέσα από την ατμόσφαιρα της Γης. Αν ήταν έτσι, δεν θα εμφανίζονταν σε διαφορετικές ρυθμίσεις. Κατέληξε στο συμπέρασμα ότι οι γραμμές προέρχονται από τη φύση των άστρων και του Ήλιου και μεταφέρουν πληροφορίες σχετικά με την πηγή του φωτός, ανεξάρτητα από το πόσο μακριά είναι αυτή η πηγή. Διαπίστωσε ότι τα φάσματα του Σείριου και άλλων αστέρων πρώτου μεγέθους διέφεραν από τον ήλιο και το ένα από το άλλο, δημιουργώντας έτσι αστρική φασματοσκοπία (ή αστρονομική).

Αυτές οι σκοτεινές σταθερές γραμμές αποδείχθηκαν αργότερα ότι ήταν γραμμές ατομικής απορρόφησης, όπως επεξεξηγήθηκε αργότερα από τους φυσικούς Γκούσταβ Κίρχοφ και Ρόμπερτ Μπούνζεν το 1859. Αυτές οι γραμμές εξακολουθούν να ονομάζονται γραμμές Fraunhofer προς τιμήν του. Η ανακάλυψή του είχε ξεπεράσει κατά πολύ τις μισές δωδεκάδες προφανείς διαιρέσεις στο ηλιακό φάσμα που είχαν επισημανθεί προηγούμενα από τον Βόλλαστον το 1802.

Εφεύρεση οπτικών οργάνων 
Το 1821, ο Φράουνχοφερ ανέπτυξε ένα πλέγμα περίθλασης, αφού ο Τζέιμς Γκρέγκορι ανακάλυψε το φαινόμενο της σχάρας περίθλασης και αφού ο Αμερικανός αστρονόμος David Rittenhouse εφηύρε το πρώτο χειροποίητο πλέγμα περίθλασης το 1785. Υπήρξε ο πρώτος που χρησιμοποίησε ένα πλέγμα περίθλασης για να αποκτήσει φάσματα γραμμών και ο πρώτος που μέτρησε τα μήκη κύματος των φασματικών γραμμών με ένα πλέγμα περίθλασης.

Έργα

 Kurzer Umriß der Lebens-Geschichte des Herrn Dr. Joseph von Fraunhofer .  Του Joseph von Utzschneider . Rösl, 1826.
 
 Πρισματικά και περιθλαστικά φάσματα: απομνημονεύματα. Από τους Joseph von Fraunhofer, William Hyde Wollaston. American Book Co., 1899.

Σημειώσεις
 * 978-0-405-13867-6 
 978-0-521-32512-7 
 Klaus Hentschel : Χαρτογράφηση του φάσματος. Τεχνικές οπτικής αναπαράστασης στην έρευνα και τη διδασκαλία. Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης. Press, Οξφόρδη 2002.
  (Γερμανική μετάφραση: Fraunhofers Spektren: Die Präzisionsoptik als Handwerkskunst, Wallstein Verlag, 2009.)
 Ralf Kern: Wissenschaftliche Instrumente στο ihrer Zeit. Band 4: Perfektion von Optik und Mechanik. Κολωνία, 2010

Παραπομπές