恒星天文学の源流 恒星分光の開幕期 その2 「天文教育」(2009年3月号)

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全文

(1)

文教育2009年1月号 Vol.21 No.2

恒星

文学

源流

2

恒星分光

開幕期

小 暮 智 一

元京都大学

3. Gustav Kirchhoff (1824–1887)

繁華街 ウ

面 大学 化学研究所 あ 正面 壁

IN DIESEM HAUSE HAT KIRCHHOFF

1859 SEINE MIT BUNSEN BEGRUNDET

SPEKTRALANALYSE

AUF SONNE UND GESTIRNE GEWANDT UND DAMIT DIE CHEMIE DES WELTALES

ERSCHLOSSEN

こ 建物に い キ ヒ ッ 1859年に

ンゼン もに 陽 恒星界 分光解析 基礎

を築き そ に っ 宇宙 化学を開拓した

書 掲 い 面

白い ウ 隔 通

対側 Kirchhoff Bunsen

銅像 首 傾 人懐 い表情 見 い

1859 2 20 kmほ

隣町 ン 火 生 研 究 所 実 験 室 い Bunsen

Kirchhoff 2人 火 炎 分 器

中 ウ ン ウ 輝線 見 数日 人

河 望 山遈 散策中 Bunsen

い 遠い火 火 分析 陽 出来 い う

言 Kirchhoff さ

陽 分 器 入 多 数

Fraunhofer 線 地 元素 対応

あ う 彼 Na 炎

実 験 始 模 様

Kirchhoff (1861) う 出 い

[24]

私 う Fraunhofer 線 見

程 弱い 陽 作 い ウ 蒸気 色

炎 分 器 前 置い 陽 D線 置

輝線 現わ い ウ 線 陽 明 輝い い 私 陽 強 程

出来 調 充分 陽 送 込 見 驚い

D線 わ 明確 吸 線 変わ

現象 う 仮 容易 明 : ウ 炎 波長 放射 吸 炎 他 放射 対 完全 透明 あ 輝線

方 固体 液体

連 前 炎 置 輝線 波 長 吸 線 形成さ

う Kirchhoff 陽 D線

Na 元素 対応 D線

吸 線 時 理解 あ 他 知 元素 い 実験 見 結果 元素 対応

Fraunhofer線 致 実験

Kirchhoff 陽 Na, Fe, Mg, Ca 確実

存 , Cu, Zn, Ba あ 存

推 Fraunhofer線 線

(2)

文教育2009年3月号 Vol.21 No.2

吸 容易 理解

実験 成果 12 15日 ン

科学 会合 報告さ [25]

Kirchhoff さ 作業 進 1861

陽 公刊

翌 ン ン 英訳版

出版さ い [26]

当時 遠い 体 地 異 物質 構成さ い いう

考え方 般的 時代 あ Kirchhoff

報告 誰 予想 い 新 い 見 伝え あ 宗教界 思想家 強い いう記録 残 い い 因 11

ウ ン 種 起源 公刊さ 教会 保 派 激 い 批 判 集 中

Kirchhoff 対照的 あ

Kirchhoff (1824–1887) Königsberg 現 ン 生

エ ン 生地 あ 父 市 法 顧問 両親

図4 左 順にKirchhoff Bunsen, びRoscoe 肖像[24] 1862年撮 影 Roscoe

ロン ン在住 化学教授 Bunsen 友人 2

人に 光化学研究 1892 共著もあ

帝 国 強 い 愛 国 心 持

Kirchhoff 生涯 強い影響 い

大学 数学 物理学 学

学中 数学 楕 関数 著 Carl

Gustav Jacobi (1805 – 1851) 師 い

1847 大学 卒業 Clara Richelot

結婚 ン 移 無給講師 学生 講義料 得 働 時期 彼 法則 理論的 般化 電流 回路 研究 行い 複雑 回路 流 電流

計算 行う 規則 見

電流回路 関 法則 :

第1 法則 回路網 任意 点 流出入 電流 総和 あ

第 法則 回路網 任意 閉回路 い 起電力 総和 電 降 総和 等 い

多 通信 複雑 回路計算 広

応用さ 電気工学 分 Kirchhoff

前 法則 良 知 い [27]

1850 う ウ大学

招聘さ 数学 物理学 担当

彼 1851 – 52 サ

? 送 い Robert Bunsen

(1811 – 1899) 知 合い 2人 互い

意気投合 生涯 友

1854 Kirchhoff Bunsen 招

大学 移 Bunsen

化学分析法 開 組

Bunsen ン ン 明 知

い 無色高温 炎中 試料 入 色 変化 試料 化 学組成 推 いう簡明 あ

方 Kirchhoff 分 器 製作

線 特徴 化学分析 精

高 う い 1860 Bunsen

分 分析 意義 Kirchhoff 共著

(3)

文教育2009年1月号 Vol.21 No.2

論文 書 出 始 い [28]

い 物質 炎 投 明 い線 生 性質 持 い 物質 性分 析 線 基 い い

化学 応 分 大 拡大 到遉 問題 解決 う

書 出 い 論 文 金 属

(Na, Li, K) 土類金属 (Ca, Sr,

Ba) い 線 特徴 記述

分 分析法 用性 述 い 5

実験 用い 分 器 示 原 学系 い 明 付さ い

図 5 Kirchhoff Bunsen 用いた ム分光器[28]

Bunsen Kirchhoff 輩 あ

い心情 持 人 あ Bunsen

ン ン 友人 Roscoe

手紙 1859 11 15 日付

[24]

現 Kirchhoff 私 夜

い い忙 い 日 送 い

Kirchhoff 陽 中 線

起源 い い 予 想 い 見 成 遂

彼 陽 連

Fraunhofer 線 精確 致 置 人

工的 輝線 出現さ う 陽 恒 化学組成 わ わ 地

化学分析 ン ウ 塩化物 決 精 決 方法 得

手紙 Kirchhoff 陽 第

論文 書 い 時期 書

Bunsen Kirchhoff 化学

評価 い 方 Bunsen 地

化学 徹 知 元素 自 研究

進 い 手 紙 Kirchhoff

Bunsen 友情 示 あ Bunsen

地球化学 新 い分 開 留 晩 送

Kirchhoff 1859 陽 連

吸 線 解析 動機 放射

問題 組 翌 Kirchhoff 法則

法則 見出 い .高温 固体 液体 連

.高温 希薄 輝線 示 異 元素 異 輝線 示

輝線 波長 測

元素 種類 特 黒体 放射 (black body radiation) いう概念

Kirchhoff 入さ [29] 法

則 彼 分 分析法 原理 あ 子論 展 要 歩 あ

Kirchhoff 大学

い 分 分析 研究 携わ い

1869 最初 妻 失 環境

変わ 残さ 子供4 人 養育 加 え 彼自身 第 身体 自由 葉 杖 車椅子 生活 入 う

生活 楽 い

彼 3 Luise Blömmel 結婚

他 大学 招聘 断 い 第 実験生活 限界 覚え う 理論的研究 専念 1875

(4)

文教育2009年3月号 Vol.21 No.2

理物理学 担当 彼 自分 講義録 丹 念 数理物理学講義 (Verlesungen über mathematische Physik) 4 巻 執筆

掛 書 1876 1894

順 刊行さ 長 わ

大学 標準的 教科書 彼 優 研究者 あ 共 優 教育者 あ 評価さ い 間 彼 健康 第 悪化 出版 完結

1887 世 去 享 63歳 あ

4. William Huggins (1824–1910)

4.1 出生 タ ヒ 文台 建設ま

1851 5 ン ン 公

園 第1回万国博覧会 開 産業革 成果 誇 工業製品 工芸品 美術品 多彩 展示 人々 興奮 群 い 特 巨大 温室 思わ 館 世界 科学技術 粋 集 い 20

歳代 半 迎え William Huggins 観衆

人 何 館 訪 顕微鏡 望遠鏡 展示 丹念 見 わ い 彼

型望遠鏡 使 惑 面 観測 趣味 い 性能 高い 望遠 鏡 物色 い あ

Huggins 1824 ン ン 裕

福 絹織物問屋 子 生

当時 富裕層 習慣 従 幼 時 家庭教 育 頃 科学装置 工作

興味 持 い 1838 (14 歳) 休 暇 出 折 前 売さ

いう 買

木箱 8 ン ン 背面 焦点面

い さ50 kg いう大 あ

式乾 感 い 外 明 い 10 分あ 露出 要 いわ い 以 改良

関心 持 写 撮影 趣味 観測 生 さ い

Huggins 家業 手伝い 1842 18

歳 初 望遠鏡 手 入 彼 体観測 始 時期 い

文 象 世間 賑わ い

1843 :”Great comet of 1843” 出現 日中 見え 空 40

以 長い尾 い

1845 : ン William Parsons

Lord Rosse 卿 口 180 cm 射

望遠鏡 2 完成さ 4 渦状 雲 見 いう

1846 :9 28日 ン Galle

王 見 10 10日

近郷 酒造家 William Lassell

衛 見さ いう

ン ン 人々 惑 彗 関心

高 い う Huggins 家

業 励 文家 育 い 惑 面 細部 見 彼 さ 大 い口 望遠鏡 必要 い ン

ン 万 博 検 討 あ 1853 John Dolland製 5 ン 12 cm 屈折 鏡 購入 頃 観 測 実績 あ 翌 王立 文協 会 入会 い

頃 父 病 倒 Huggins 家

業 ン ン南部

丘 広い敷地 家 建 父 共 移 父 死去 地代 入

生活 以

彼 文 遈 専念 う 空

美 さ 魅了さ Huggins 1856

敷地 文 建設 文

文 設備 5 ン (12 cm)

屈折鏡 3.25 ン (8.25cm) 子午儀

3.6 m 床 高さ5 m

(5)

文教育2009年1月号 Vol.21 No.2

2 1858 8 ン ( 20 cm) 屈折

鏡 購入 翌 始 分 観測

望遠鏡 行 い 文 跡地 地 鉄 終点 ン駅 南

通 坂

90 番地 あ い 中層 宅 並

宅街 当時 面影 い[31]

図6 タ ヒ 文台 外観[32]

図7 William Huggins 肖像[33]

4.2 恒星 星雲 分光観測

1862 1 ン ン 開 薬学会

会合 出席 Huggins 近隣 友

人 William Allen Miller 分 学 関

講義 聴い Miller ン ン ン

化学教授 あ 彼 講義

中 Kirchhoff 新 い分 法 い 触

聞い Huggins 頭 中

走 感

激 彼 う 振 返 い

[34] 抄訳 :

私 通常 ン的 文観測 第 足 い 体 研究 い 新 い方向 新 い方法 能性 あ い 漠然 考え

う い

Fraunhofer 線 陽 性 化学組成

得 いう Kirchhoff 偉大 見

入 報 砂漠 中 水 う 私 心 込

私 遈

Kirchhoff 陽 い 行 新 い方

法 他 体 広 考え 直 思い浮 あ

Huggins 会合 Miller 誘

戻 Kirchhoff 化学分析法

陽 分析 い 検討

Huggins 分 器 製作

分 分析 応用 う 案 Miller

新 い分

い 意 2 人 分 器 製作 掛 最初 分 器

2個 60 角 ン 製

組 合わ 幅付

ン ン 用い 眼視鏡 回 転 置 線 置

精密

(6)

文教育2009年3月号 Vol.21 No.2 図 8 Huggins & Millerに 最初 分光器

光学系[35][36]

8 ン 屈折鏡 分 器 付

人 分 観測 始 第 1 報

1863 2 19日 理 Proc. R. S. London

掲載さ 文章 始 い [37]

最近 陽 細 検討 特

Kirchhoff Fraunhofer 線 人工炎中 明 い線 致 関 注目

観測 研究 新 い興味 惹 起 わ わ 研究

充分 い 王立協会 速報 無意味 考え い あ う

速報 ウ

ン 3 陽

比較 さ 分

解析 進 い い 速報

最 L. M. Rutherfurd氏 木

火 い 恒

論文 American Jounal of Science, 1 号 掲載さ い 観測法 速報 わ わ 用い 方法 良 似 い 述

Rutherfurd 行性 い

1863 半 人 さ 分 器 改良

6個 増 N, O

ほ 25 元素 比較 入 来 目的 あ 化学 組成 測 向 い 成果 1864

公表さ 3 論

文 あ ( 部 1863

報告さ い )

(a) 化学元素 い [39]

改良 分 器 測 さ 実験室 主要 24 種 元素 線 陽 大気 比較 表

い Huggins Kirchhoff

(1861) 陽 見 い

Kirchhoff 元素 数 波長

域 広さ 限 恒 分 十 分 考え 文 新 実験 行

当時 線 置 波長 屈折角 値 表 示さ い 青側 線ほ 値 大

い 線表 Fraunhofer

線 4 波長域 a – D 赤 , D – E 黄 , E – F 緑 , F – H 青 分

線 特徴 記号 表さ い :

s --- sharp, 線 細

n --- nebulous, ン う 線

変わ い

h --- hazy, 細 い線 分解 い

d --- double, 接近 分 い

作成さ 表 部 表1 抜 出 見 赤色域 (C – D2)

Na, Ca, Sr, Fe 線 置

(7)

文教育2009年1月号 Vol.21 No.2

表1 化学元素 ク 線 位置[38]

---

Solar Air Na Ca Sr Fe

---

C 589.5 b (Hα) 589.5 h --- --- 595 s ---

629.5 --- 622 s --- 622 s

--- 625 s --- ---

--- 637 s 655 h 641 s

--- 642 s --- 667 s

807 h,d --- --- 760 h 758 s

818 s --- 807 s 772 s

821 s 859 s 856 s 795 s

D1 1000 (Na) 1000 s --- --- ---

D2 1005 (Na) 1005 s --- --- ---

---う 準備 い い 格的 分 観測 入 う 細 表 作成 当 時 他 人 い

線 精確 分 分析 能

(b) い 恒 い [35]

Huggins Rutherfurd う

惑 恒 分 進 い

50 個ほ 観測 述 い

う 明 い数 い 分 解析 記述 あ

3 い 例 挙 :

ン Tau 薄赤色 現K5III型 :

約 70 線 検出 中

Na, Mg, H, Ca, Fe, Bi, Ta, Sb, Hg 線 致 見 N, Co, Sn, Pb, Cd, Li,

Ba い 当 線 見出さ

ウ Ori, ン

色 現 M1 Iab : 観測 中 最 複

雑 示 赤側 顕著 吸 線 多 青側 い 16元素 線 比較

う Na, Mg, Ca, Fe, Bi

い 存 H, N, Sn, Pb,

線 検出さ

ウ CMa 明 い白色 現 A1 V :

ン ン 地 高 い 大気 揺 大 弱い線 見え い

1863 速報時 比 分散

3 種 あ い 4

種 元素 い

Na, Mg H あ Fe 存

能性 あ ウ 含 白色 水 素 異常 強い いう 般的 特徴 示

論文 特徴 線 元素 関係 明確 示 い 点 あ

色 線 形成 い Huggins

(8)

文教育2009年3月号 Vol.21 No.2

連 放射 球

い あ 球 構成 元素組成 異

線 形成 大気 あ 色 遊い 大気 起因

述 い 熱放射 概念 生 い い 球 大気 分

明白 示さ い

う 彼 多様性 恒 異 化学成分 持 あ 考え う 恒 性 形成 い 論文 尾 述 い :

恒 陽 自 輝 体 陽 う 原始 雲 形成さ

化学組成 異

雲 用 原始 雲 局 所的 組成 異 雲 あ

種々 生

恒 陽系 う 惑 系 持 あ 知 い 地 球 う 組成 持

惑 中 地球 似 存 い

最 点 大変 面白い

組成 果 均質 考え 足 彼 述 う

1870 代 主流 縮論 考え

変え い

時 期 観 測 い

Huggins (1897) う 回 顧 い

[34]:

他 体 対 初期 分 観測 地球 化学元素 あ 存

示 結果 い

足 あ 化

学 全体 適用 あ

(c) い 雲 い [39]

Huggins 見 中 惑 状 雲

観測 あ 論文 第 報 あ 雲 遠方 恒 集団 ほ い 大 望遠鏡 見 個々 分解

あ う いう William Herschel 以 来 般的 考え方 あ ン

卿 (Lord Rosse) 大型 射鏡

観測 支持 い Huggins 雲

興味 持 い 般 雲 表面 輝 い 分 い い 思 い 雲 中 惑 状 雲

型 比較的輝 高い あ

卿 観測 分解

さ 例 い 雲 あ Huggins

Miller 相談 惑 状 雲 分 観測

始 望遠鏡 8 ン 時代 あ 1864 8 29日 最初

観測目標 望遠鏡 う 惑 状

雲 (NGC6543) 向 最初 分 器

い 驚 彼 う 述 い :

最初 何 見え 分散 直角方向 1 短い線 見え い

分 器 調整 悪い 思 う 分 器 い

見 い あ 確

1 明 い線 見え い

輝線 観測さ 生 声 あ あ 雲

3 輝線 示 見出

実験室 見 元素 類似 雲 集団 高温 体 あ 気 付い 記 述 い 3 う 青側 1 H 線 あ 赤側 2 最初 窒素 線 い 考え

(9)

文教育2009年1月号 Vol.21 No.2

何 見え い い 窒素

否 的 い 2 回電 酸 素 禁制線 さ 半世紀以

あ [40]

論文 Huggins Miller NGC

6543 ほ ン 雲 NGC 6720

含 7個 惑 状 雲 観測

3 輝線 い 比較

球状 団 ン

雲 観測 共 輝線 示さ 吸 線 あ 指 摘 い

Huggins 精力的 雲 観測

進 1868 頃 70個ほ 雲 分

行い 示

3 分 1 輝線 い [41]

初期 観測 眼視 あ 1882

Huggins ン 雲 写

分 観測 挑 [42] 当時 乾 紫外域

感 高 観測 4

輝線 (5005Å, 4957Å, H , H ) ほ 初 紫外域 3730Å 検出 さ

雲 微弱 連 存 見 い 写 観 測 始 能 見 あ

[ 回 William Huggins 体分

展 始 楽 !]

文 献

[24] Gingerich, O. 1992, The Great Copernicus Chase, and Other Adventures in Astronomical Histrory, Cambridge Univ. Press, Chaper 22, Unlocking the chemical secrets of the cosmos, p.171 – 176.

[25] Kirchhoff, G. 1859, Monatsherichte Berliner Akademie, p. 664 ( 陽 ) [26] Kirchhoff, G. 1861, Researches on the Solar Spectrum and the Spectra of the Chemical Elements (Englich translation, 1862, by H. Roscoe, London), Archives of the Universe, edited by M. Bartusiak, 213 – 217.

[27] 電気史偉人伝

http://www.ijinten.com/contents/ijin/kirchh off.htm

[28] Kirchhoff, G. & Bunsen, R. 1860, Annalen der Physik und der Chemie, Vol. 110, 161 – 169, Chemical analysis by observation of spectra.

[29] O’Connor, J. J. & Robertson, E. F. 2008, Gustav Robert Kirchhoff (Biography), [30] Huggins, W. 1856, MNRAS, 16, 175, Description of an observatory erected at Upper Tulse Hill.

[31] 暮智 , 2005, 文 報 98 巻 257

文 ン 妻

[32] McKenner-Lawlor, Susan M. P. 2003, Whatever Shines Should Be Observed, Kluver Academic Publisher, Chapter 5. Margaret Lindsay Huggins (1848 – 1915), Pioneering Astrophysicist. ン 人 伝記

(10)

文教育2009年3月号 Vol.21 No.2 Pioneer of the New Astronomy, p. 165 - 205

ウ ン 伝記

[34] Huggins, W. 1897, The Nineteenth Century Review (1897 6 号)

[35] Huggins, W. and Miller, W. A. 1864, Philosophical Transaction of the Royal Society of London, 154, 413 – 435, On the spectra of some of the fixed stars.; Proc. Roy. Soc. London, 13, 242 – 244 (1863, abstract)

[36] Hearnshaw, J. B. 1986, The Analysis of Starlight - One Hundred and Fifty Years of Astronomical Spectroscopy, Cambridge Univ. Press, Chapter 4, William Huggins and stellar composition

[37] Huggins, W. and Miller, W. A. 1863, Proceedings of the Royal Society of London, 12, 444 - 445, Note on the spectra of some of the fixed stars. (最初 恒 分 論文) [38] Huggins, W. and Miller, W. A.,1864, Philosophical Transaction of the Royal Society of London, 154, 139 – 160, On the spectra of some of the chemical elements [39] Huggins, W. and Miller, W. A. 1864, Philosophical Transaction of the Royal Society of London, 154, 437 – 444, On the spectra of some of the nebulae.(惑 状 雲

輝線 見論文); Proceedings of

the Royal Society of London, 13, 491 – 493 (1863, abstract)

[40] Bowen, I. S. 1928, ApJ, 67, 1 – 15, The origin of the nebular lines and the structure of the planetary nebulae.

[41] Huggins, W. 1868, Phil. Trans. R. S. London, 158, 529 – 564, Further observations on the spectra of some of the stars and nebulae, with an attempt to determine there from whether these bodies are moving towards or from the Earth. (文

献[2], p.402参照)

[42] Huggins, W. 1882, The Observatory, 5, 106 – 107, The photographic spectrum of the Great Nebula of Orion

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参照

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