Joseph von Fraunhofer

Joseph Ritter von Fraunhofer (6. maaliskuuta 1787 – 7. kesäkuuta 1826) oli baijerilainen optiikan tutkija ja linssien valmistaja. Hän valmisti optista lasia ja akromaattisia objektiiveja kaukoputkiin, keksi spektroskoopin ja havaitsi, että hilan avulla voidaan saada aikaan spektrejä. Hän myös löysi auringon spektristä nykyisin Fraunhoferin viivoina tunnetut tummat absorptioviivat ja tutki niitä.

Elämäkerta
Joseph Fraunhofer syntyi Straubingissa, Baijerin vaaliruhtinaskunnassa. Hänen isänsä oli lasimestari Franz Xaver Fraunhofer. Jäätyään orvoksi Fraunhofer meni vuonna 1799 Weichelberger -nimisen lasinhiojan ja peilintekijän oppipojaksi. Vuonna 1801 talo, jossa hän asui, romahti, ja hän oli vähällä menettää henkensä jäätyään kivi- ja tiilimurskan alle. Pelastustöitä valvoi vaaliruhtinas Maksimilian I Joosef, joka myös lahjoitti hänelle 18 dukaatin rahallisen avustuksen, josta osan hän käytti lasinhiontakoneen ostamiseen, kun taas loput rahat tekivät hänelle mahdolliseksi pitää puoli vuotta vapaata Weichelbergin alaisuudesta. 

Onnettomuuden tapahtuessa paikalla oli myös Joseph Utzschneider, joka hänkin ryhtyi auttamaan Fraunhoferia. Vaaliruhtinaalta saamansa avustuksen ja Utzschneiderin antaman tuen turvin Fraunhofer saattoi jatkaa opintojaan samaan aikaan käytännöllisten harjoitustensa kanssa. Vuonna 1806 Utzchneider ja Georg von Reichenbach kutsuivat hänet oppilaakseen ottivat Fraunhoferin oppilaakseen matemaattis-tekniseen oppilaitokseensa. Siellä hän harjoitteli hienon optisen lasin valmistusta ja keksi täsmällisiä menetelmiä valon dispersion mittaamiseksi.

Samassa oppilaitoksessa hän myös tutustui Pierre Louis Guinandiin, sveitsiläiseen lasiteknikkoon, joka Utzschneiderin toimeksiannosta antoi Fraunhoferille opetusta lasin tekemisessä. Vuonna 1809 Optisen Instituutin mekaaninen osa oli pääasiassa Fraunhoferin johdossa, ja samana Fraunhoferista tuli yksi yhtiön jäsenistä. Vuonna 1814 Guinand ja myös Reichenbach erosivat yhtiöstä. Guinadista tuli myöhemmin Fraunhoferin yhtiötoveri, ja yhtiön nimi muutettiin muotoon Utzschneider-und-Fraunhofer. Vuonna 1818 Fraunhoferista tuli Optisen instituutin johtaja. 

Fraunhofer oli aikansa taitavin optisten laitteiden valmistaja. Hänen kehittämiensä hienojen optisten laitteiden ansiosta Baijeri syrjäytti Englannin tämän asemasta optisen teollisuuden tärkeimpänä keskuksena.  Edes Michael Faraday kaltaisineen ei kyennyt tuottamaan lasia, joka olisi vetänyt vertoja Fraunhoferin lasille.

Loistavan uransa ansioista Fraunhofer sai Erlangenin yliopistolta kunniatohtorin arvon vuonna 1822. Vuonna 1824 Baijerin kuningas Maksimilian I Joosef nimitti hänet Baijerin kruunun ansio­ritari­kunnan ritariksi, jolloin hän samalla sai myös henkilökohtaisen aatelisarvon ja hänen nimeensä lisättiin arvonimi "Ritter von". Samana vuonna hänen nimitettiin myös Münchenin kunniakansalaiseksi.

Fraunhofer kuoli tuberkuloosiin 39 vuoden ikäisenä 7. kesäkuuta 1826.

Keksinnöt ja tieteellinen tutkimus 
Fraunhoferin aikana yksi käytännöllisen optiikan vaikeimmista tehtävistä oli objektiivien hiominen siten, että niiden pinnat olivat pallopinnan osia. Fraunhofer keksi koneen, joka teki pinnan oikean muotoiseksi tarkemmin kuin vanhastaan käytetty hionta. Hän kehitti muitakin hiomakoneita ja keksi monia parannuksia erilaisten optisissa laitteissa käytettyjen lasien valmistukseen, mitä hän aina piti erilaisten virheiden ja epäsäännöllisyyksie vaivaamana.

Vuonna 1811 hän rakensi uudenlaisen sulatusuunin, ja käyttäessään sitä toisen kerran sulattaen yli 100 kg lasia hän huomasi, että hän pystyi tuottamaan piilasia, jolla oli sama taitekerroin, ottipa hän sen uunin pohjalta tai sen pinnalta. Hän totesi, että sekä englantilaisessa kruunulasissa että saksalaisessa pöytälasissa oli valmistus­virheitä, joilla oli taipumus saada aikaan valon epäsäännöllistä taittumista. Paksummissa ja suuremmissa laseissa sellaisia vikoja saattoi olla vielä enemmän, minkän vuoksi tällainen lasi ei kelvannut suurten kaukoputkien objektiivien valmistukeen. Siksi Fraunhofer valmisti omaa kruunulasiaan.

Siihen aikaan oletettiin, että annetun väliaineen valon­taitto­kyvyn tarkkaa määrittämistä ja valonsäteiden eri värien erottamista toisistaan rajoitti se seikka, että spektrin eri väreillä ei ollut tarkkoja rajoja, mikä vaikeutti taittumis­kulman tarkkaa mittausta. Asian selvittämiseksi Fraunhofer suoritti sarjan kokeita keino­tekoisesti aikaan­saadulla mono­kromaattisella valolla, mutta sellaista ei lähtenyt mistään tunnetusta valon­lähteestä, hän käytti lamppujen ohella myös prismoja erottaamaan eri värit toisistaan.

Niinpä vuonna 1814 Fraunhofer keksi spektro­skoopin. Kokeidensa aikana hän löysi tulen liekin valosta kiinteän, oranssin valon alueella olevan spektriviivan. Sitä hän saattoi myöhemmin käyttää määrittäessään eri aineiden absoluuttiset taite­kertoimet. Tutkiessaan, löytysikö sama oranssi viiva myös Auringon valon spektristä, hän löysi siitä sen sijaan 574 tummaa viivaa. Niistä selvimmin näkyville hän antoi kirjaintunnukset, joita edelleen käytetään. Hän myös pani merkille, että yksi niistä, juova D, vastasi samaa aallonpituutta kuin hänen tulenliekin spetrissään havaitsema viiva; nykyisin tämän viivan tiedetään aiheutuvan natriumista. Hän ei kuitenkaan tutkinut asiaa tarkemmin.  Nykyisin absorptioviivoja tunnetaan useita miljoonia. 

Fraunhoferin kunniaksi näitä Auringon spektrin tummia viivoja nimitetetään  Fraunhoferin viivoiksi. Muutamat silmiinpistävimmät niistä kuitenkin jo ennen häntä löytänyt William Hyde Wollaston vuonna 1802, mutta Fraunhofer havaitsi niitä olevan paljon enemmän kuin Wollaston oli löytänyt.  Gustav Kirchhoff ja Robert Bunsen osoittivat vuonna 1859, että nämä tummat viivat aiheutuvat valon absorboitumisestasta kaasussa oleviin alkuaineisiin.

Vuonna 1821 Fraunhofer kehitti myös entistä paremman optisen hilan. Hilan periaatteen oli keksinyt tähtitieteilijä James Gregory, ja ensimmäisen keinotekoisen optisen hilan oli valmistanut yhdysvaltalainen tähtitieteilijä David Dittenhouse vuonna 1785. Hilan avulla Fraunhofer löysi vuonna 1824 viisi tummaa viivaa myös tähtien valon spektristä. Hän havaitsi, että eri tähtien valossa olevat spektriviivat poikkesivat voimakkuudeltaan sekä toisistaan että Auringon spektristä, ja täten hän pani alulle tähtitieteellisen spektroskopian.

Fraunhofer mittasi myös ensimmäisenä valon aallonpituuden hilassa tapahtuvan valon taipumisen avulla.

Eniten Fraunhoferia kuitenkin kiinnosti yhä käytännöllinen optiikka. Kerran hän totesikin: "Koska aikaa ei ollut tarpeeksi, saatoin kaikissa kokeissani kiinnittää huomiota vain niihin seikkoihin, joilla näytti olevan merkitystä käytännöllisen optiikan kannalta."

Fraunhoferin mukaan on saanut nimensä Fraunhofer-instituutti, saksalainen sovelletun tekniikan tutkimusyhteisö.

Kaukoputket ja optiset laitteet 

Fraunhofer valmisti yritykselleen erilaisia optisia laitteita. Niitä olivat F. G. W. Struven käyttämä Dorpat-refraktori, joka vuonna 1824 toimitettiin Tarton yliopiston observatoriolle, sekä Besselille toimitettu heliometri, joita molempia käytettiin aineiston keräämiseen tähtien parallaksin mittaamista varten. Fraunhoferin seuraajat Merz ja Mahler valmistivat Berliinin observatoriolle kaukoputken, jolla vahvistettiin planeetta Neptunuksen olemassaolo. Mahdollisesti viimeinen Fraunhoferin valmistama kaukoputken objektiivi asennettiin Edinburghin kaupungin observatorion ohikulkukoneeseen, jonka muutoin rakensi valmiiksi hampurilainen Johann Georg Repsold Fraunhoferin kuoleman jälkeen.

Fraunhofer paransi myös kaukoputkien ekvatoriaalista pystytystä, tukevuutta ja suuntatarkkuutta sekä otti käyttöön vuorokautisesta liikkeestä huolehtivan kellokoneiston.

Lähteet

Kirjallisuutta 
 
 
 

Saksalaiset tähtitieteilijät
Saksalaiset fyysikot
Lasiteollisuus
Optiikanvalmistajat
Vuonna 1787 syntyneet
Vuonna 1826 kuolleet