เส้นสเปกตรัม
ประวัติการค้นพบสเปกตรัม

เมื่อให้แสงของวัตถุดำหรือแสงขาวส่องผ่านปริซึม จะเกิดแถบสีต่าง ๆ ต่อเนื่องกัน 7 สี ได้แก่ สีม่วง สีคราม สีน้ำเงิน สีเขียว สีเหลือง สีส้ม และสีแดง เรียกแถบสีต่อเนื่องทั้ง 7 สีนี้ว่า “สเปกตรัมของแสงสีขาว” แสงขาวนั้นประกอบไปด้วยสีทั้ง 7 สี ซึ่งมีความยาวคลื่นต่างกัน ทำให้เกิดการหักเหตามขนาดของมุมต่าง ๆ โดยแสงที่มีความยาวคลื่นไม่เท่ากันนั้นก็จะมีการหักเหของแสงในปริซึมไม่เท่ากันเช่นกัน ซึ่งทำให้เกิดการแยกออกเป็นแถบสีต่าง ๆ ที่มีความยาวคลื่นไม่เท่ากันต่อเนื่องกันเป็นแถบสเปกตรัม
เซอร์ไอแซค นิวตันเป็นคนแรกที่ค้นพบว่าแสงที่เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้านสามารถแยกแถบสีได้ 7 สี โดยทำการทดลองใช้ปริซึมแยกแสงอาทิตย์ ผลที่ได้คือปรากฏแถบสี 7 สี
ต่อมาในปี ค.ศ. 1802 วิลเลียม ไฮด์ วอลลัสตัน นักเคมีและนักฟิสิกส์ชาวอังกฤษ ค้นพบสเปกตรัมต่อเนื่องของดวงอาทิตย์ที่ถูกบรรยากาศบัง มีเส้นมืดปรากฏอยู่บนแถบห่างกันไม่เท่ากัน ซึ่งหลังจากนั้นโยเซ็ฟ ฟ็อน เฟราน์โฮเฟอร์ ค้นพบเส้นมืดจำนวน 475 เส้นในสเปกตรัมต่อเนื่องของดวงอาทิตย์ (เส้นเฟราน์โฮเฟอร์)
ต่อมาเรียกเส้นมืดที่ถูกค้นพบนี้ว่า เส้นดูดกลืน (Absorption lines) ซึ่งธาตุแต่ละชนิดจะทำให้เกิดเส้นดูดกลืนที่แตกต่างกันออกไป และยังค้นพบเส้นสีเหลืองในสเปกตรัมต่อเนื่องนี้ ซึ่งมีความยาวคลื่นที่ตรงกับสีเหลืองในการเผาเกลือ ทำให้ทราบว่าดวงอาทิตย์มีธาตุโซเดียม (Na) อยู่
ต่อมาในปี ค.ศ. 1814 เซอร์ไอแซค นิวตันกับโจเซฟ ฟอน ฟรังโฮเฟอร์ นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมันก็ได้ทำการทดลองซ้ำอีกครั้ง แต่เปลี่ยนไปใช้แผ่นเกรตติ้งแทนแท่งแก้วปริซึม หักเหแสงอาทิตย์ พวกเขาพบเส้นมืดปรากฏบนแถบสเปกตรัมเพิ่มขึ้นมากกว่า 600 เส้น ซึ่งในปัจจุบันตรวจพบมากกว่า 30,000 เส้น ในภายหลังกุสตาฟ เคอร์ชอฟ ได้ประดิษฐ์สเปกโตรสโคปเพื่อใช้ในการแยกสเปกตรัมของแสงขาวและตรวจเส้นสเปกตรัมของสารที่ถูกเผาว่าประกอบด้วยธาตุอะไรบ้างได้
ในปี ค.ศ. 1859-1860 โรเบิร์ต บุนเซน และกุสตาฟ เคิร์ชฮอฟ นักวิทยาศาสตร์ชาวเยอรมัน ได้ทดลองเผาก๊าซร้อน แล้วพบว่า แสงจากก๊าซร้อนที่ผ่านปริซึมเกิดเส้นสว่างบนแถบสเปกตรัม ซึ่งก๊าซแต่ละชนิดให้จำนวนและตำแหน่งของเส้นสว่างแตกต่างกัน เราเรียกเส้นสว่างนี้ว่า เส้นแผ่รังสีหรือเส้นเปล่งแสง (Emission lines)  เวลาต่อมา เคิร์ชฮอฟ ยังค้นพบความสัมพันธ์ระหว่างเส้นดูดกลืนและเส้นแผ่รังสี เป็นกฏสามข้อของเคิร์ชฮอฟ (Kirchhoff’s Laws) ได้ดังนี้
ข้อที่ 1 วัตถุดำที่ให้แสงขาวทำให้เกิดแถบสเปกตรัมต่อเนื่อง (Continuous spectrum) ไม่ปรากฏเส้นมืด
ตัวอย่างที่เห็นได้ทั่ว ๆ ไปก็คือ สเปกตรัมของดวงอาทิตย์ หรือที่เรียกว่า รุ้งกินน้ำ และแสงรังสีจากหลอดไฟที่กระทบกับไอในกาศเกิดเป็นแถบ 7 สีเช่นกัน
ข้อที่ 2 ก๊าซร้อน ทำให้เกิดเส้นแผ่รังสีหรือเปล่งแสง (Emission lines) เป็นเส้นสีสว่างบนแถบสเปกตรัมมืด
ยกตัวอย่างถ้าหากนำก๊าซอย่างโซเดียมคลอไรด์มาเผา ไอของมันจะลอยขึ้นมาเป็นสีเหลือง ซึ่งแสงของไอโซเดียมคลอไรด์เมื่อผ่านสเปกโตรสโคปก็จะมีเส้นสว่างสีเหลืองปรากฏ 2 เส้นใกล้ ๆ กันตรงที่ปรากฏเป็นสีเหลืองในสเปกตรัมต่อเนื่อง บนแถบดำแทน
ข้อที่ 3 ก๊าซเย็นที่ขวางกั้นการแผ่รังสีของวัตถุดำ ทำให้เกิดเส้นดูดกลืน (Absorption lines) ปรากฏเป็นเส้นสีดำบนแถบสเปกตรัมต่อเนื่อง
ยกตัวอย่างถ้านำโซเดียมคลอไรด์ในขณะที่ไม่ได้เผาไหม้ ซึ่งไอของมันจะไม่เป็นสีเหลือง และเมื่อส่องแสงไปยังไอผ่านเข้าไปในสเปกโตรสโคป ก็จะปรากฏเป็นเส้นมืดบนสเปกตรัมต่อเนื่องในตำแหน่งสีเหลืองที่เดียวกับตำแหน่งตอนเผาโซเดียมคลอไรด์แล้วมีเส้นสว่างสีเหลืองปรากฏ ที่ปรากฏเส้นมืดเพราะถูกไอของโซเดียมดูดกลืนไป ตรงส่วนที่มันเคยให้เส้นสว่างสีเหลือง 2 เส้นใกล้ ๆ กันนั่นเอง
ยกตัวอย่างถ้านำโซเดียมคลอไรด์ในขณะที่ไม่ได้เผาไหม้ ซึ่งไอของมันจะไม่เป็นสีเหลือง และเมื่อส่องแสงไปยังไอผ่านเข้าไปในสเปกโตรสโคป ก็จะปรากฏเป็นเส้นมืดบนสเปกตรัมต่อเนื่องในตำแหน่งสีเหลืองที่เดียวกับตำแหน่งตอนเผาโซเดียมคลอไรด์แล้วมีเส้นสว่างสีเหลืองปรากฏ ที่ปรากฏเส้นมืดเพราะถูกไอของโซเดียมดูดกลืนไป ตรงส่วนที่มันเคยให้เส้นสว่างสีเหลือง 2 เส้นใกล้ ๆ กันนั่นเอง
สำหรับวัตถุที่มีคุณสมบัติใกล้เคียงกับวัตถุดำ เช่น ดวงอาทิตย์ และไส้หลอดไฟต่าง ๆ นั้น จะให้สเปกตรัมต่อเนื่องเป็นแสงขาว แต่อาจจะมีเส้นดูดกลืนสีดำคาดแนวดิ่งในแถบสเปกตรัมต่อเนื่อง ในกรณีที่มีบรรยากาศก๊าซห่อหุ้มอยู่ ก๊าซร้อน ก๊าซเรืองแสง เช่น นีออน จะให้สเปกตรัมเป็นแถบมืด ที่มีเส้นแผ่รังสีสว่างคาดในแนวดิ่ง