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6. Xessung voa WeRenlcZlzgennormaZm C r n hter- natConalea Bystern f u r dem rotem Spektralbereich;

vom H. W e r l z e r . (Auszug aus einer Tiibinger Dissertation.)

In der letzten Zeit sind auf Anregung der Internationalen Union fur Sonnenforschung im Jahre 1905 zu Oxford von ver- schiedenen Seiten genaue Wellenllngen gemessen worden. Es sind dies besonders die Messungen von Fabry -Bu i s son , E v e r s - he im und Pfund, welche dazu dienten, ein Wellenliingennormal- system aufzustellen. Ihre Resultate wurden dem IV. Intern. Sonnenforschungskongrefi zu Pasadena im Jahre 1010 vorgelegt. Auf Vorschlag des Wellenlangenkomitees (Prof. Ames, F a b r y und Kay s e r ) wurde beschlossen, die arithmetischen Mittel aus den angefiihrten Messungen zu bilden und die dann erhaltenen Werte als wahre Werte der Normalen 11. Ordnung anzu- nehmen. Die Resultate wurden im Astrophys. Journ. 32. p. 215. 1910 mit einer Erganzung in derselben Zeitschrift 33. p. 85. 1911 veroffentlicht und ebenso in E a y s e r s Handbuch der Spektroskopie, Bd. VI. Die Tabelle reicht bis 6494. Prof. Paschen regte deshalb an, such fiir den weiteren Teil des roten Spektralgebiets eine groBere Anzahl von Wellenlangen- normalen zu messen. Nach AbschluS meiner Arbeit, fUr welche ich die Linien des Bariumspektrums benutzt habe, veroffent- lichte I(. B u r n s in C. R. 156. p. 1611. 1913 die Ergebnisse seiner Messungen fiir den weiteren Teil des roten Fe-Spektrums. Trotzdem halte ich es fur angebracht, auch meine Ergebnisse der weiteren Offentlichkeit zu iibergeben.

Die Anordnung ist aus der beigegebenen Fig. 1 zu ent- nehmen; zum Verstandnis diene das Folgende. Durch die plan- parallele Luftschicht von der Dicke e, hergestellt durch zwei halbdurchsichtig versilberte Glasplatten des H i l g e r schen Eta- lons E, wird schwach konvergentes Licht geleitet. Es ent- stehen dann Kurven gleicher Neigung, die als konzentrische

Annalen der Physik. IV. Folg0. 44. 19

290 H. Werner.

Ringe um den FuBpunkt der Einfallsnormalen sich anordnen (Haidingersche Ringe). Die Ringdurchmesser hlngen von der Wellenlange ab ; der groBeren Wellenlange entspricht bei gleicher Lage der Ringe der groBere Durchmesser. Jeder Ring ist gekennzeichnet durch eine Ordnungszahl, das ist die Zahl, welche die doppelte Dicke der Luftschicht in Wellenlangen

Fig. 1.

der betreffenden Linie ausdriickt. Das gmze Ringsystem wird mit Hilfe des Planspiegels P und Hohlspiegels H auf den Spalt S eines Spektrographen abgebildet, wobei der Spalt S im Brennpunkt des Hohlspiegels I3 sich befindet. Der Spek- trograph, bestehend aus HI und Gitter G, hat den Zweck, das Licht der zu untersuchenden Lichtquelle, welches durch das Etalon gefiihrt wurde, in ein Spektrum zu zerlegen. Jede Linie dieses Spektrums zeigt d a m das zu ihr gehorige Ringsystem, wie wenn das Etalon nur von dieser einzigen Lichtart be- leucbtet ware. - Diese Anordnung hat gegenuber derjenigen von Fabry -Bu i s son und Ever she im einige Vorteile. Durch An- wendung des Planspiegels P und Hohlspiegels H rnit beinahe normaler Inzidenz des Lichtes auf Hwerden die Farbenfehler der Linsen vermieden. Bei dem benutzten Spektrographen besteht das Spektrum in der Kammera X aus monocbromatischen nicht astigmatischen Spaltbildern. Es kann auf einer Aufnabme ein Gebiet von 10 cm links und rechts von der Normalen photo- graphiert werden mit geniigender Scharfe ohne die geringste Verzerrung. - Bei dieser Anordnung geniigen zwei Wellenlangen I. und Y mit ihren Ordnungszahlen n und n’, ihren Ringdurch- messern D und D‘ der Gleichung:

il’=-- I+- - - - Da D z ] wo R die Brennweite (1) la 18’ ’ [ 8 RP 8 R4 des Hohlspiegels Zist.

JIessimg voh Wellenliingennormalelz im intern. System usw. 29 1

Korrektionen. a) Da Hohlspiegel HI und Gitter G nicht dieselben Brenn-

weiten haben, so sind die Linien auf der Platte keine iden- tischen Bilder des Spaltes. Die ganze Spektralanordnung hat eine Verkleinerung oder VergroBerung der Ringdurchmesser verursacht. Diesen VergroBerungsfaktor kann man leicht ex- perimentell bestimmen. Man spannt auf den Spalt Drahte von bestimmter gegenseitiger Entfernung und photographiert sie mit. Sie erscheinen als heile Linien auf der Platte, wenn bei der Aufnahme die gliihenden Kohlen ein wenig rnit abgebildet werden. Aus dem wahren Abstand der Drahte suf dem Spalt und ihrem Abstand auf der Platte kann der VergroBerungs- faktor berechnet werden. Bei Feststellung desselben ergab sich mit ziemlicher Qenauigkeit derselbe Wert fur alle Linien, er kann deshalb als konstsnter Faktor fur eine Aufnahme ein- gefiihrt werden; die Qleichung (1) geht iiber in

x 2 2 [ 1 + + ( D 2 4 , 0 2

(2) 71 8 I18 worin D und D' die Durchmesser der Ringe auf der Platte sind und v =

b) EinfluB der Temperaturanderung wahrend einer Aufnahme. Der Ringdurchmesser andert sich mit einer Anderung der Dicke der Luftschicht, die durch die Temperatur verursacht werden kann. Um die Fehlerquelle moglichst klein zu machen, wurde zur Herstellung der Luftschicht ein Ring aus geschmolzenem Quarz, dessen Auadbhnungskoeffizient "afierst gering ist (0,0000005), verwendet. Eine Temperaturanderung im Etalon urn lo C. wiirde bei diesem Ausdehnungskoeffizienten eine An- derung des Ringdurchmessers hervorrufen, die mit dem Kom- parator nicht zu messen ware. Die experimentelle Untersuchung hat dieses Resultat bestitigt. - Eine Temperaturanderung im Gitterraume und damit eine h i e r u n g der Qitterkonstanten ist ebenfalls nicht zu beriicksichtigen, weil der Ringdurchmesser von der Auflosungskraft des Spektralapparates unabhangig ist.

c) Korrektion der Phasenanderung. Bestimmt man fur einige genau bekannte Wellenlingen

ihre Ordnungszahlen, so sollten sich fur dieselben ganze Zahlen ergeben. In Wirklichkeit weichen aber alle erhaltenen Werte

bedeutet. Dietans der Driihte suf dem Spalt Distans der Drahte auf der Platte

19*

292 H. Werner.

um einen kleinen Betrag von ganzen Zahlen ab. Diese Ab- weichung schreibt man der Phasenverschiebung bei Reflexion von Lichtstrahlen an Metalloberflachen zu. Man kann dies so auffassen, als ob nicht die Metalloberflache die reflektierende Schicht bilde, sondern eine etwas tiefer liegende. Die Dicke der Luftschicht ist nicht gegeben durch die geometrische Be- grenzungsflache der Metalloberflache. Dieser Umstand w k e an und fur sich belanglos, wenn alle Strahlen gleich tief ein- dringen wurden. Genauere Untersuchungen von Fabry- Buissonl), Evershe im2) , Pfund3) , Lord Ray le igh4) haben ergeben, daB die Verschiebung variabel durch das game Spek- trum ist und sowohl von der Starke der Versilberung wie von der Art derselben ubhangt.

Die Korrektion, die wegen der Phasenverschiebung an der Ordnungszahl angebracht werden muS, kann mit einem einzigen Etalon bestimmt werden fur einen Teil des Spektrums, in dem verschiedene genau bekannte Wellenlangen vorhanden sind. Ich machte dies fur die Linien von 5000-6500 A.-E.

Fig. 2. Die durch o dargestellten Werte merden erhalten, wenn die Evers-

h e i m schen Messungen nicht berucksichtigt werden.

mit den Eisenlinien. Die erhaltenen Werte sind in vor- stehender Kurve eingetragen und ergeben eine graphische Dar- stellung der Abhangigkeit der Phasenanderung von der Wellen- lange. Dabei ist fur die Vergleichslinie 6494,993, auf welche

1) Ch.Fabryu.H.Buieson,Astrophys.Journ.28.p.169-196.1908. 2) P. Eversheirn, Ann. d. Phys., 30. p. 815-839. 1909; 36. p. 1071

3) H. A. Pfuntl , Astrophys. Journ. 28. p. 197-211. 1908. 4) Lord R a y l e i g h , Phil. Mag. XI, 6. Ser., p. 685-703. 1906.

bis 1076. 1911.

Messung von Wellenlangennormalen im intern. System usw. 293

meine ganzen Messungen bezogen sind, der Betrag des Phasen- sprungs e = 0 gesetzt.

Bei der Aufstellung der Kurve wurden verschiedene Wellen- langen benutzt, die aber ziemlich von der Kurve abweichende Werte lieferten. Es sind dies die in der Figur mit + be- zeichneten. Beim Vergleichen der einzelnen Resul tate von F a b r y - B u i s s o n , Eve r she im und P f u n d zeigten sich bei diesen Linien grogere Differenzen bei den verschiedenen Mes- sungen. Ich berucksichtigte sie deshalb nicht, sondern be- stimmte mit Hilfe der aus den anderen Eisenlinien gegebenen Kurve ihre Wellenlange. Die erhaltenen Werte, welche spiZlter in der Tabelle angefuhrt sind, scbliegen sich gut an die Messungen von F a b r y - B u i s s o n und P fund an. Die Resul- tate von Ever she im hatten meiner Ansicht nach bei der Festlegung der endgultigen Werte fur die Normalen 11. Ord- nung nicht so stark berucksichtigt werden sollen, wenigstens fur diese Linien.

Fur Wellenliingen oberhalb 6494 versagt diese Methode zur Bestimmung des Phasensprungs; man ist hier gezwungen, mit zwei Etalons zu arbeiten. Die Phasenverschiebung hangt einzig und allein von der Versilberung, nicht aber von der Dicke der Luftschicht ab. Es sei z. B. zwischen 3, und A’ eine Verschiebung vorhanden, so, datl I‘ weniger tief eindringt. Einer kleineren Luftschicht entspricht ein kleinerer Ringdurch- messer und diesem eine kleinere Ordnungszahl, also ist in diesem Fall von der Ordnungszahl 7 ~ ’ ein kleiner Betrag e abzuziehen, damit jede Linie auf die zu ihr gehiirigen Luft- schichtdicke reduziert ist. Es gilt sodann die Gleichung

n i e = nI -i 1 + ~ ( ~ 1 2 - U ~ Z ) ] 1 ” [ (3) und fur ein zweites Etalon fur dieselben Linien

n1II k = 7211; [ 1 + C(&12 - Dn”’)] , I i

woraus sich e eliminiert und A’ bestimmt zu: rt, [l + c (D,p - D;9] - lZ*I [l + c (DJ - U,,’”] h‘= k-- n; - %,‘ (4)

Nach dieser Gleichung wurden eine griitlere Anzahl Linien berechnet, alsdann mit den gefundenen Werten ebenfalls eine Kurve fur die Phasenhderung wie beim Eisenspektrum be-

294 H. Werner.

5971,709 1.-A. 5997,098 ,, 6019,480 ,, 6063,125 ,, 61 10,794 ., (Umkehrg.) 6141,728 !, 6341,693 ,, 6450,863 ,, 6482,920 ,! 6496,918 :, 6498,769 ,, (Umkehrg.) 6527,324 ,, 6595,341 ,, 6673,286 ,, 6693,853 ,, 6771,783 !.

rechnet und konstruiert mit Hilfe einer der Gleichungen (3). Dei Verlauf der Phasenspruugkurve ist aus nachstehender Fig. 3 zu ersehen. Es ist aber hierin zu beachten, dal3 fur die Barium- linie 6341 (Vergleichslinie) & = 0 gesetzt wurde.

-0.0

Fig. 3. x bedeutet Bariumlinien. bedeutet Eisenlinieu.

I I

I n der folgenden Tabelle gebe ich eine Zusammenstellung der gefundenen Werte:

A. Eisenlinien (Bogen in Luft bei 220 Volt und 5 Amp.). I = 5232,959 1.-A. 1. = 5615,659 1.-A.

5434,531 ,, 6230,732 ,, 5455,616 ,,

B. Bariumlinien (Bariumchlorid im Vakuum-Kohlebogen bei 220 Volt und 5 Amp.).

____ Intensitiii

9 9 9 9 10 20 8 9 10 15 9 10 9 9 10 2

5 10 9 5 3 7 5 3 3 5 2 5 4 3 2

1

6865,702 1.-A. 7059,857 ,, (Umkehrg.) 7120,344 ,, 7195,246 ,, 7228,813 ,, 7280,313 ., 7392,423 !. 7417,550 ,! 7459,688 ,, 7488,093 ,, 7642,818 ,, 7672,104 ,, 7780,497 ,, 7905,770 ,, 7911,353 ,,

Messung von Wellenlangennormalen im intern. System usw. 295

Die Bariumlinien sind imvakuumbogen auBerst scharfgegen- iiber im Luftbogen. Hierin zeigen ein Teil der Bariumlinien uberhaupt keine Interferenzerscheinung, wahrend bei den andern dieselbe sehr oft zeitweilig verschwindet.

Die beigeschriebene Intensitat ist durch Schatzung erhalten ; sie hangt naturlich von der Empfindlichkeit der Platte ab. Auffallend ist im Vakuum das starkere Hervortreten der Linien 6595, 6675, 6693, andererseits die schwache Intensitat von den Linien 7195, 7228 und besonders 7089, welche Kayse r mit Inteasitat ?,gL' bezeichnet, bei mir aber kaum zu sehen ist.

Die gefundenen Werte stimmen mit denjenigen in der Kayserschen Tabelle ziemlich uberein; grijBere Abweichungen lieferten:

G771,82 7120,24 7392,45 7459,75 7642,S'i G771,7Ss 7120,34, 7392,423 7459,GS8 7642,818

Die groBe Abweichung bei 7120 von 'Ilo .&-E. riihrt viel- leicht von einem Druckfehler bei Kayse r her.

Die Genauigkeit hangt von der Genauigkeit der Bezugs- linie ab Fe 6494,993 1.-A. 1st das Tausendstel A.-E. dieser Linie genau, so hat die zweite Bezugslinie Ba 6341,693 einen Maximalfehler von l/l,,oo A.-E. Die endgiiltigen Werte der Bariumlinien werden in wenigen Fallen mit einem Fehler be- haftet sein, der 0,002 A.-E. ubersteigt.

Nutting1) hat die Bariumlinien auf ihre Struktur unter- sucht; er fand die Linien 6141 und 6496 als Linien mit Eom- ponenten. Ich konnte diese Linien immer nur als einfache Linien photographieren und okular betrachten. Bei starkem Strom zeigen allerdings verschiedene Linien ein doppeltes Ring- system. Dieselbe Erscheinung konnte auch erreicht werden bei schwachem Strom und hoher Dampfdichte. Bei starkerem Auspumpen der Lampe ging das Doppelringsystem wieder in ein einfaches uber. Die Schwarzungen, die sich alle ziemlich ge- nau in der Mitte der hellen Ringe zeigen, haben ihre Ursache in der Umkehrung der Linien. Wenn die Linien 6496 und 6141 Satelliten besaBen, so konnten dieselben nur von sehr geringer Intensitat sein. Selbst okular wurde aber bei diesen

1) P. G. Nutting, Line stiucture. Aetrophys. Journ. 23. p. 71. 1906.

296 H. Werner. Messung von lellenlangennormalen usw.

Linien nie eine Unsymmetrie der hellen Ringe beobachtet. Eine Unsymmetrie ist nur bei den Linien 7195 und 7392 zu bemerken und as ist sicher, dab diese Linien einen oder mehrere Satelliten mit sich fuhren. Weiteres daruber aus- zusagen oder gar ihre Wellenlange festzustellen, war mir nicht miiglich.

(Eingegangen 7. Februar 1914.