José von Fraunhofer

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Joseph Ritter von Fraunhofer (alemán: [ˈfraʊnˌhoːfɐ]; 6 de marzo de 1787 - 7 de junio de 1826) fue un físico y fabricante de lentes ópticos alemán. Hizo vidrio óptico, un telescopio acromático y lentes de objetivo. También inventó el espectroscopio y desarrolló la rejilla de difracción. En 1814, descubrió y estudió las líneas oscuras de absorción en el espectro del sol ahora conocidas como líneas de Fraunhofer.

La organización de investigación alemana Fraunhofer Society, que es la sociedad más grande de Europa para el avance de la investigación aplicada, lleva su nombre.

Biografía

Joseph Fraunhofer fue el undécimo hijo, nacido en una familia católica romana en Straubing, en el Electorado de Baviera, de Franz Xaver Fraunhofer y Maria Anna Fröhlich. Quedó huérfano a la edad de 11 años y comenzó a trabajar como aprendiz de un duro vidriero llamado Philipp Anton Weichelsberger. En 1801, el taller en el que trabajaba se derrumbó y fue enterrado entre los escombros. La operación de rescate fue dirigida por el príncipe elector Maximiliano José. El príncipe entró en la vida de Fraunhofer, le proporcionó libros y obligó a su empleador a permitir que el joven Fraunhofer tuviera tiempo para estudiar.

Joseph Utzschneider también estuvo en el lugar del desastre y también se convertiría en un benefactor de Fraunhofer. Con el dinero que le dio el príncipe tras su rescate y el apoyo que recibió de Utzschneider, Fraunhofer pudo continuar su educación junto con su formación práctica. En 1806, Utzschneider y Georg von Reichenbach llevaron a Fraunhofer a su Instituto en Benediktbeuern, un monasterio benedictino secularizado dedicado a la fabricación de vidrio. Allí descubrió cómo hacer vidrio óptico fino e inventó métodos precisos para medir la dispersión óptica.

Fue en el Instituto donde Fraunhofer conoció a Pierre-Louis Guinand (de), un técnico en vidrio suizo, quien instruyó a Fraunhofer en la fabricación de vidrio a instancias de Utzschneider. En 1809, la parte mecánica del Instituto Óptico estaba principalmente bajo la dirección de Fraunhofer, y Fraunhofer se convirtió en uno de los miembros de la firma ese mismo año. En 1814, Guinand dejó la empresa, al igual que Reichenbach. Guinand más tarde se convertiría en socio de Fraunhofer en la firma, y el nombre se cambió a Utzschneider-und-Fraunhofer. Durante 1818, Fraunhofer se convirtió en director del Instituto Óptico. Debido a los finos instrumentos ópticos desarrollados por Fraunhofer, Bavaria superó a Inglaterra como el centro de la industria óptica. Incluso los gustos de Michael Faraday fueron incapaces de producir vidrio que pudiera rivalizar con Fraunhofer.

Su ilustre carrera finalmente le valió un doctorado honorario de la Universidad de Erlangen en 1822. En 1824, Fraunhofer fue nombrado Caballero de la Orden del Mérito de la Corona de Baviera por el rey Maximiliano I, a través del cual fue elevado a la nobleza personal. (con el título "Ritter von", es decir, caballero). El mismo año, también fue nombrado ciudadano honorario de Munich.

Como muchos vidrieros de su época, fue envenenado por vapores de metales pesados, lo que provocó su muerte prematura. Fraunhofer murió en 1826 a la edad de 39 años. Se cree que sus recetas de fabricación de vidrio más valiosas se fueron a la tumba con él.

Invención e investigación científica

Fraunhofer demostrando el espectroscopio.

Una de las operaciones más difíciles de la óptica práctica durante el período de tiempo de la vida de Fraunhofer fue pulir con precisión las superficies esféricas de los vidrios de objetos grandes. Fraunhofer inventó la máquina que procesaba la superficie con mayor precisión que el pulido convencional. También inventó otras máquinas de esmerilar y pulir e introdujo muchas mejoras en la fabricación de los diferentes tipos de vidrio utilizados para los instrumentos ópticos, que siempre encontró con fallas e irregularidades de varios tipos.

En 1811, construyó un nuevo tipo de horno, y durante su segunda sesión de fundición, cuando fundió una gran cantidad de vidrio, descubrió que podía producir vidrio de pedernal que, cuando se tomaba del fondo de un recipiente que contenía aproximadamente 224 libras de vidrio, tenía el mismo poder de refracción que el vidrio extraído de la superficie. Descubrió que el vidrio de corona inglés y el vidrio de mesa alemán contenían defectos que tendían a causar una refracción irregular. En los vidrios más gruesos y más grandes, habría aún más defectos de este tipo, por lo que en los telescopios más grandes, este tipo de vidrio no sería apto para lentes de objetivo. En consecuencia, Fraunhofer hizo su propio vaso de corona.

Se pensaba que la determinación precisa de la potencia de un medio dado para refractar los rayos de luz y separar los diferentes colores que contienen se veía obstaculizada por la ausencia de límites precisos entre los colores del espectro, lo que dificultaba la medición precisa el ángulo de refracción. Para hacer frente a esta limitación, Fraunhofer realizó una serie de experimentos con el fin de producir luz homogénea de forma artificial, y al no poder afectar su objeto de forma directa, lo hizo por medio de lámparas y prismas.

Descubrimiento de líneas oscuras de absorción

Ilustración del espectro solar dibujado y coloreado por Joseph von Fraunhofer con líneas oscuras nombradas por él. (1987 sello del DBP en el 200 aniversario del cumpleaños de Fraunhofer)

Para 1814, Fraunhofer había inventado el espectroscopio moderno. En el curso de sus experimentos, descubrió una línea fija brillante que aparece en el color naranja del espectro cuando es producida por la luz del fuego. Esta línea le permitió después determinar el poder absoluto de refracción en diferentes sustancias. Los experimentos para determinar si el espectro solar contenía la misma línea naranja brillante que la línea producida por el naranja de la luz del fuego lo llevaron al descubrimiento de 574 líneas fijas oscuras en el espectro solar. Hoy en día, se conocen millones de líneas de absorción fijas de este tipo.

Fraunhofer siguió investigando y detectó que también aparecían líneas oscuras en los espectros de varias estrellas brillantes, pero en disposiciones ligeramente diferentes. Descartó la posibilidad de que las líneas se produjeran cuando la luz atraviesa la atmósfera terrestre. Si ese fuera el caso, no aparecerían en arreglos diferentes. Concluyó que las líneas se originan en la naturaleza de las estrellas y el sol y llevan información sobre la fuente de luz, independientemente de cuán lejos esté esa fuente. Descubrió que los espectros de Sirio y otras estrellas de primera magnitud diferían del sol y entre sí, fundando así la espectroscopia estelar.

Más tarde se demostró que estas líneas fijas oscuras eran en su mayoría líneas de absorción atómica, como lo explicaron Kirchhoff y Bunsen en 1859, y el resto se identificó como líneas telúricas que se originaron en la absorción por moléculas de oxígeno en la atmósfera terrestre. Estas líneas todavía se llaman líneas de Fraunhofer en su honor; su descubrimiento había ido mucho más allá de la media docena de divisiones aparentes en el espectro solar que Wollaston había observado previamente en 1802.

Invención de instrumentos ópticos

Fraunhofer también desarrolló una rejilla de difracción en 1821, después de que James Gregory descubriera el fenómeno de la rejilla de difracción y después de que el astrónomo estadounidense David Rittenhouse inventara la primera rejilla de difracción artificial en 1785. Fraunhofer fue el primero en utilizar una rejilla de difracción para obtener espectros lineales y el primero que midió las longitudes de onda de las líneas espectrales con una rejilla de difracción.

En última instancia, sin embargo, su principal pasión seguía siendo la óptica práctica; una vez escribió que "En todos mis experimentos, debido a la falta de tiempo, pude prestar atención solo a aquellos asuntos que parecían tener relación con la óptica práctica".

Telescopios e instrumentos ópticos

Fraunhofer produjo varios instrumentos ópticos para su empresa. Esto incluyó el Fraunhofer Dorpat Refractor utilizado por Struve (entregado en 1824 al Observatorio Dorpat) y el Heliómetro Bessel (entregado póstumamente), que se utilizaron para recopilar datos de paralaje estelar. El sucesor de la empresa, Merz und Mahler, fabricó un telescopio para el Observatorio de New Berlin, que confirmó la existencia del gran planeta Neptuno. Posiblemente, el último objetivo del telescopio fabricado por Fraunhofer se suministró para un telescopio de tránsito en el Observatorio de la Ciudad de Edimburgo, siendo completado el telescopio por Repsold de Hamburgo después de la muerte de Fraunhofer.

Obras

Opere, 1888