Андерс Йонас Ангстрем: Человек, который прочитал солнечный свет

В 1862 году шведский физик направил спектроскоп на Солнце, сфотографировал полученный результат и объявил, что атмосфера Солнца содержит водород. Это было утверждение поразительного масштаба — что химический состав объекта, находящегося на расстоянии 150 миллионов километров, можно определить по рисунку темных линий — и оно было верным. С тех пор астрономия стала химией.

От Медельпада до Уппсалы

Ангстрем родился 13 августа 1814 года в Лёгдё, в Тимро, в северной шведской провинции Медельпад, в семье Юхана Ангстрема. Он получил образование в Хернёсанде и в 1833 году переехал в Уппсалу, чтобы поступить в университет, где в 1839 году стал доцентом физики — в двадцать пять лет, в учреждении, которое удерживало его до конца его карьеры.

Его ранний путь пролегал через астрономию, а не через лабораторную оптику. В 1842 году он отправился в Стокгольмскую обсерваторию, чтобы получить практический опыт наблюдений, а в 1843 году был назначен хранителем Уппсальской астрономической обсерватории. Это сочетание сформировало все последующее: он был физиком, который знал, как направить инструмент на небо, и работающим астрономом, который понимал, из чего состоит свет.

Статья 1853 года

Его фундаментальная работа «Оптические исследования» (Optiska undersökningar) была представлена Стокгольмской академии в феврале 1853 года, будучи опубликованной с выходными данными 1852 года. В ней он продемонстрировал, что электрическая искра дает два наложенных спектра, один из которых принадлежит металлу электрода, а другой — газу, через который проходит искра. Разделение этих двух спектров является важным первым шагом спектрального анализа: оно устанавливает, что спектр может быть разложен на отдельные вклады веществ, которые его производят.

Более глубокий результат пришел из рассуждений, а не из аппаратуры. Опираясь на теорию резонанса Эйлера, Ангстрем пришел к выводу, что раскаленный газ испускает световые лучи той же преломляющей способности, что и те, которые он может поглощать — что вещество испускает именно те длины волн, которые оно поглощает. Это принцип, который делает темные линии в солнечном спектре читаемыми как химические подписи. В 1853 году он сформулировал закон поглощения, который был несколько изменен и впоследствии стал известен под именем другого человека: закон теплового излучения Кирхгофа.

Не замечен, а затем признан

Его вклад, говоря простыми словами протокола, в течение ряда лет оставался незамеченным. Признание пришло поздно и из-за границы. В 1870 году он был избран иностранным членом Королевского общества, а в 1872 году этот орган наградил его медалью Румфорда, причем Эдвард Сэбин отметил, что принцип, который он установил, «дает ему право считаться одним из основателей спектроскопии». В 1873 году он был избран в Институт Франции. Он вступил в Шведскую королевскую академию наук гораздо раньше, в 1850 году.

В 1858 году он сменил Адольфа Фердинанда Сванберга на кафедре физики в Уппсале, а с 1861 года почти полностью сосредоточил свое внимание на солнечном спектре.

Карта Солнца

Результат по водороду 1862 года зависел от объединения спектроскопа с фотографией, что позволило записывать линии, а не просто мельком видеть и зарисовывать их. Шесть лет спустя, в 1868 году, появился его шедевр: «Исследования солнечного спектра» (Recherches sur le spectre solaire), карта нормального солнечного спектра, содержащая подробные измерения более тысячи спектральных линий. Она стала стандартным справочным материалом для целого поколения астрономов.

Она также содержала ошибку, которая многое говорит о добросовестности работы. Его измерения были неточными примерно на одну семи- или восьмитысячную часть — не потому, что его техника была плохой, а потому, что эталон метра, который он использовал, был совсем немного короче. Ошибка была в линейке, а не в глазу, и ее размер — это мера его точности: ошибка в одну восьмитысячную часть — это то, что считается недостатком в работе Ангстрема.

В 1867 году он стал первым человеком, исследовавшим спектр северного сияния, обнаружив и измерив характерную яркую линию в его желто-зеленой области. Он ошибся в одном выводе, полагая, что та же линия появляется в зодиакальном свете, но само наблюдение открыло спектроскопическое изучение верхних слоев атмосферы.

Магнетизм и тепло

Спектроскопия была не единственным его занятием. Он изучал теплопередачу и земной магнетизм, записывая магнитные колебания по всей Швеции в 1852 и 1853 годах. Стокгольмская академия наук также передала ему магнитные данные, собранные во время кругосветного путешествия HSwMS Eugenie между 1851 и 1853 годами, сокращение которых он завершил лишь незадолго до своей смерти — негламурная, кропотливая государственная служба того рода, которая поглощает карьеры.

Почему Андерса называют гением

Качество заключается в точности, соединенной с выводом — способности проводить измерения достаточно тонкие, чтобы подтвердить аргумент, а затем увидеть, какой аргумент они подтверждают. Его определяют два шага. Первый, в 1853 году, был теоретическим: рассуждение от теории резонанса Эйлера к выводу, что светящийся газ испускает именно те длины волн, которые он поглощает, что превращает спектр из любопытного явления в химический отпечаток. Второй, с 1861 года, был исполнительским: измерение тысячи солнечных линий с достаточной точностью, чтобы полученный атлас стал эталоном в этой области, и использование этого результата для установления того, что звезда содержит водород. Разрыв между этими двумя вещами — идеей о резонансе и знанием того, из чего состоит Солнце — это вся астрофизика, и он преодолел его.

Честный контраргумент заключается в том, что он делит заслуги и, в самом главном вопросе, потерял право на название. Закон Кирхгофа носит имя Кирхгофа; версия Ангстрема была сформулирована первой, но позже была несколько изменена, и его работа оставалась незамеченной в течение многих лет, пока другие строили на том же фундаменте. Он не основал никакой школы мысли и не оставил никакой общей теории материи и излучения. Его великий атлас содержал систематическую ошибку, унаследованную от дефектного эталонного метра, а его работа по северному сиянию включала ошибочное утверждение о зодиакальном свете. Что не подлежит обсуждению, так это вердикт Сэбина, когда Королевское общество наконец вручило ему медаль Румфорда в 1872 году: принцип, который он установил, дает ему право считаться одним из основателей спектроскопии. У целых наук не так много основателей.

Наследие

В 1845 году он женился на Августе Бедуар, дочери семьи стокгольмских купцов гугенотского происхождения; их сын Кнут, родившийся в 1857 году, в свою очередь стал физиком. Ангстрем умер от менингита в Уппсале 21 июня 1874 года в возрасте пятидесяти девяти лет, когда магнитные сокращения Eugenie были едва завершены.

Его имя сохранилось в трех местах. Кратер на Луне носит его имя. Лаборатория Ангстрема в Уппсальском университете, где размещаются физика, математика, инженерия, химия и космическая физика, носит его имя. И, что самое долговечное, ангстрем — одна десятимиллиардная часть метра, единица, в которой измеряются длины волн света и расстояние между атомами в твердых телах, — несет его имя в каждой статье по кристаллографии и спектроскопии, которая пишется до сих пор. Человек, чья великая работа была обесценена чуть коротким метром, закончил как единица длины.