Lith Anst v H A Funke, Leipzig]

Die Spektren der wichtigsten Metalle wurden zunächst mit Hilfe der

Chlorverbindungen hervorgerufen. Das Ergebnis war die beistehende, der

Abhandlung vom Jahre 1860 entnommene Tafel. Die darauf dargestellten

Spektren wurden mit den Spektren verglichen, die man erhielt, wenn

man die Bromide, Jodide, Oxydhydrate, die schwefelsauren und die

kohlensauren Salze der entsprechenden Metalle in folgende Flammen

brachte:

in die Flamme des Schwefels,

in die Flamme des Schwefelkohlenstoffs,

in die Flamme des wasserhaltigen Alkohols,

in die nicht leuchtende Flamme des Leuchtgases,

in die Flamme des Kohlenoxydgases,

in die Flamme des Wasserstoffs und

in die Knallgasflamme.

Bei dieser umfassenden Untersuchung stellte sich heraus, daß die

Verschiedenheit der Verbindungen, in denen die Metalle angewandt

werden, die Mannigfaltigkeit der chemischen Vorgänge in den einzelnen

Flammen und der große Temperaturunterschied dieser letzteren keinen

Einfluß auf die Lage der den einzelnen Metallen entsprechenden

Spektrallinien ausübt. *Kirchhoff* und *Bunsen* erklärten dies daraus,

daß die von ihnen verflüchtigten Salze bei der Temperatur der Flamme

nicht beständig seien, sondern zerfallen, so daß immer die Dämpfe des

freien Metalles die Spektrallinien erzeugen.

Soviel erwies sich als sicher, daß jeder Stoff sein eigenes Spektrum

hat. Die gleichartigen Spektren der verschiedensten Salze eines und

desselben Metalles konnten deshalb nur daher rühren, daß in den Flammen

derselbe Stoff das Leuchten bewirkt. Ob es sich dabei um den Dampf

des freien Metalles oder etwa um das Metalloxyd handelt, oder ob die

Lichterscheinungen ihre Ursache in den mit dem chemischen Vorgang

verbundenen Energieumwandlungen haben, konnte nicht mit Sicherheit

entschieden werden.

Die Untersuchung der Salze der bekannteren Metalle ergab, daß von allen

Spektralreaktionen die des Natriums am empfindlichsten ist. Die gelbe

Linie Na α (siehe die Tafel), welche das Natriumspektrum aufweist,

fällt mit der *Fraunhofer*schen Linie D zusammen und zeichnet sich

durch ihre besonders scharfe Begrenzung und ihre außerordentliche

Helligkeit aus. An der Sauerstoff-, Chlor-, Jod- und Bromverbindung,

an dem schwefelsauren und kohlensauren Salze zeigte sich die Reaktion

am deutlichsten. Allein selbst bei den kieselsauren, borsauren,

phosphorsauren und anderen feuerbeständigen Salzen fehlte sie nicht.

Folgender Versuch ließ erkennen, daß die Chemie keine Reaktion

aufzuweisen hat, die sich mit der spektralanalytischen Bestimmung des

Natriums an Empfindlichkeit vergleichen läßt. Die beiden Forscher

verpufften in einer vom Standorte des Spektralapparates möglichst weit

entfernten Ecke des Beobachtungszimmers, das ungefähr 60 Kubikmeter

Luft faßte, drei Milligramm chlorsaures Natrium mit Milchzucker[465].

Darauf wurde die nicht-leuchtende Lampe vor dem Spalt beobachtet.

Schon nach wenigen Minuten gab die allmählich sich fahlgelblich

färbende Flamme eine starke Natriumlinie, die erst nach 10 Minuten

wieder verschwunden war. Aus dem Gewichte des verpufften Natriumsalzes

und der im Zimmer enthaltenen Luft ließ sich berechnen, daß in einem

Gewichtsteile der letzteren nicht einmal 1/20000000 Gewichtsteil

Natriumoxyd enthalten sein konnte. Da sich die Reaktion in der Zeit

einer Sekunde mit aller Bequemlichkeit beobachten ließ, in dieser

Zeit aber nach dem Zufluß und der Zusammensetzung der Flammengase

zu urteilen, nur ungefähr 50 ccm oder 0,0647 g Luft, die weniger

als 1/20000000 des Natriumsalzes enthielten, in der Flamme zum

Glühen gelangten, so ergab sich, daß das Auge weniger als 1/3000000

Milligramm des Natriumsalzes noch deutlich zu erkennen vermag.

Auch der leuchtende Dampf der Lithiumverbindungen gab zwei scharf

begrenzte Linien, eine gelbe sehr schwache und eine rote, glänzende. An

Sicherheit und Empfindlichkeit übertraf auch diese Reaktion alle in der

analytischen Chemie bisher bekannten.

Es ließ sich ferner die unerwartete Tatsache außer Zweifel stellen,

daß das Lithium zu den verbreitetsten Elementen gehört. Lithium ließ

sich mit Leichtigkeit im Meerwasser nachweisen. Asche von Tangen, die

vom Golfstrom an die Küste getrieben waren, enthielt erhebliche Spuren

davon. Sämtliche Orthoklase aus dem Granit des Odenwaldes zeigten

sich lithiumhaltig. Mineralwässer, in denen Lithium kaum noch in

einem Liter nach dem gewöhnlichen analytischen Verfahren nachgewiesen

werden konnte, zeigten die rote Lithiumlinie oft schon, wenn man nur

einen Tropfen des Wassers an einem Platindraht in die Flamme brachte.

Selbst in der Asche von Tabak, vom Weinstock, sowie in der Asche der

Feldfrüchte, die in der Rheinebene gezogen waren, fehlte das Lithium

eben so wenig wie in der Milch der Tiere jenes Landstriches.

Ein Gemenge von flüchtigen Natrium- und Lithiumsalzen zeigte neben der

Reaktion des Natriums die des Lithiums mit einer kaum verminderten

Schärfe, während das unbewaffnete Auge an der Flamme nichts als das

gelbe Licht des Natriums ohne jede Andeutung einer rötlichen Färbung

wahrnahm.

In dem geschilderten, spektralanalytischen Verhalten der untersuchten

Substanzen zeigte sich besonders die große Überlegenheit des neuen

Verfahrens gegenüber dem bisherigen Nachweis der Elemente aus der

Farbe und dem Aussehen gewisser Niederschläge. Wurde doch die

charakteristische Farbe der Niederschläge oft durch Beimengung fremder

Stoffe bis zur Unkenntlichkeit verwischt. Bei der Spektralanalyse

dagegen erschienen die charakteristischen Linien unberührt von fremden

Einflüssen und unverändert durch die Dazwischenkunft anderer Stoffe.

»Die Stellen, welche sie im Spektrum einnehmen«, so lauten die Worte

der beiden Forscher, »machen eine Eigenschaft aus, die so unwandelbar

und fundamental ist wie das Atomgewicht der Stoffe. Dabei lassen sich

diese Linien mit einer fast astronomischen Genauigkeit bestimmen. Was

aber der spektralanalytischen Methode eine ganz besondere Wichtigkeit

verleiht, ist der Umstand, daß sie die Schranken, bis zu welchen bisher

die chemische Analyse reichte, fast ins Unbegrenzte hinausrückt.«

Bot nämlich die Spektralanalyse einerseits ein Mittel von

bewunderungswürdiger Einfachheit, um die kleinsten Spuren gewisser

Elemente in irdischen Substanzen zu entdecken und bisher unbekannte

Elemente aufzufinden, so eröffnete sie andererseits der chemischen

Forschung ein bis dahin verschlossenes Gebiet, das über die Grenzen

der Erde, ja selbst des Sonnensystems hinausreicht. Da es bei der in

Rede stehenden analytischen Methode genügt, das glühende Gas, um dessen

Analyse es sich handelt, durch das Spektroskop zu beobachten, so lag

der Gedanke nahe, diese Methode auch auf die Atmosphäre der Sonne und

die helleren Fixsterne anzuwenden. Diesen Gedanken verwirklicht zu

haben, ist das große Verdienst *Gustav Kirchhoffs*.

Schon *Fraunhofer* hatte bemerkt, daß in dem Spektrum einer

Kerzenflamme eine helle Linie auftritt, die mit den beiden dunklen

D-Linien des Sonnenspektrums zusammenfällt. *Bunsen* und *Kirchhoff*

vermochten die helle Linie der Kerze, die sich als eine Doppellinie

erwies, auf die Allverbreitung des Natriums und die außerordentliche

Empfindlichkeit der Spektralreaktion dieses Elementes zurückzuführen.

Über den Grund des erwähnten Zusammenfallens gab eine zufällige

Beobachtung Aufschluß. Bei der Untersuchung von Flammenspektren der

verschiedenen Metallsalze befand sich eine mit Natrium gefärbte

Alkoholflamme vor dem Spalt des Spektralapparates, während gleichzeitig

Sonnenlicht hineinfiel. Bei diesem Versuche erschien die Natriumlinie

auffallend dunkel, während man doch ein stärkeres Hervortreten der

Linie hätte vermuten dürfen. Um diese unerwartete Erscheinung zu

erklären, ließ *Kirchhoff* *Drummond*sches Kalklicht, das keine dunklen

Linien gibt, sondern ein zusammenhängendes Spektrum liefert, zunächst

durch eine Natriumflamme und darauf durch das Prisma fallen. Jetzt

befand sich an der Stelle der gelben Linie eine dunkle. Hiermit war

das erreicht, was in der Folge als eine Umkehrung des Flammenspektrums

bezeichnet wurde.

Die Erscheinung erklärte *Kirchhoff* durch die Annahme, daß eine

Natriumflamme nur solche Strahlen absorbiert, die sie selbst aussendet,

für alle anderen Strahlen aber durchlässig ist. Daß diese Erklärung

zutrifft, zeigt folgende, von *Kirchhoff* herrührende Überlegung. Wenn

man vor den glühenden Platindraht, dessen Spektrum man betrachtet,

eine Natriumflamme bringt, so ändert sich die Helligkeit in der Nähe

der Natriumlinien nicht; in diesen *selbst* ändert sie sich aus

doppeltem Grunde: die Stärke des Lichtes, das von dem Platindraht

ausgegangen ist, wird hier durch die Absorption der Flamme auf einen

gewissen Bruchteil des ursprünglichen Wertes herabgesetzt. Das Licht

der Natriumflamme wird aber hinzugebracht. Es ist klar, daß wenn der

Platindraht stark genug leuchtet, der durch die Absorption bewirkte

Verlust an Licht den durch die Leuchtkraft der Flamme hervorgebrachten

Gewinn überwiegen muß; die Natriumlinien werden dann dunkler als ihre

Umgebung erscheinen und können, wenn die Absorption stark genug ist,

durch den Kontrast mit der Umgebung ganz schwarz aussehen, obgleich

ihre Lichtstärke größer ist als diejenige, welche die Natriumflamme für

sich allein hervorbringt.

Ebenso leicht, wie die hellen Natriumlinien in dunkle verwandelt werden

konnten, gelang dies bei der roten Lithiumlinie. Auch an den Spektren

der Metalle Kalium, Strontium, Calcium und Barium wurde von den beiden

Forschern die Umkehrung und damit die Richtigkeit des von *Kirchhoff*

ausgesprochenen Absorptionsgesetzes nachgewiesen.

Dieses wichtige Gesetz wurde in *Kirchhoffs* Abhandlung Ȇber den

Zusammenhang zwischen Emission und Absorption von Licht und Wärme«[466]

mathematisch entwickelt und dahin ausgesprochen, daß »für Strahlen

derselben Wellenlänge bei derselben Temperatur das Verhältnis des

Emissionsvermögens zum Absorptionsvermögen für alle Körper dasselbe

ist«.

Mit der Umkehrung der Spektren waren die *Fraunhofer*schen Linien

des Sonnenspektrums erklärt. Sie deuten offenbar auf Dämpfe hin,

welche den glühenden Zentralkörper umgeben und das von ihm ausgehende

Licht absorbieren. Auf Grund der an den Metallspektren und deren

Umkehrungen gewonnenen Ergebnisse vermochte *Kirchhoff* auf die Natur

der absorbierenden Dämpfe und damit auf die materielle Beschaffenheit

der Sonne, sowie der fernen Weltkörper überhaupt zu schließen. Der

Astronomie wurde auf diese Weise ein ungeahnter Ausblick eröffnet. Dem

Ausspruch *Humboldts*[467], daß die Weltkörper für unsere Erkenntnis

nur gravitierende Materie ohne elementare Verschiedenheit der Stoffe

seien, war jetzt die Berechtigung entzogen. *Kirchhoff* lieferte eine

sehr genaue Untersuchung über das Sonnenspektrum[468], indem er die

Lage von mehr als 2000 *Fraunhofer*schen Linien nach einer von ihm

gewählten Skala bestimmte. Dabei ergab sich, daß eine große Anzahl

ausgezeichneter *Fraunhofer*scher Linien mit den Linien bekannter

Metallspektren zusammenfallen.

[Illustration: Abb 47. *Kirchhoff* vergleicht das Sonnenspektrum mit

den Spektren irdischer Elemente. (*Kirchhoffs* Untersuchungen. Tafel

I.)]

Ein Blick auf die von *Kirchhoff* entworfene Tafel (Abb. 47) zeigt

viele derartige Koinzidenzen. Besonders auffallend war es, daß sich an

den Stellen aller von ihm beobachteten Eisenlinien im Sonnenspektrum

scharfe dunkle Linien befanden[469]. Jede dieser Koinzidenzen ließ

sich mit einer Sicherheit feststellen, welche derjenigen gleichkam,

mit der bisher die Koinzidenz der Natriumlinien mit den D-Linien

erwiesen war. Die beobachtete Tatsache erklärte *Kirchhoff* durch die

Annahme, daß die Lichtstrahlen, die das Sonnenspektrum liefern, durch

Eisendämpfe gegangen sind und hier die Absorption erlitten haben,

welche Eisendämpfe ausüben müssen. »Der Annahme solcher Dämpfe in der

Atmosphäre der Sonne«, sagt *Kirchhoff*, »steht bei der Temperatur,

die wir diesem Weltkörper zuschreiben müssen, nichts entgegen. Die

Beobachtungen des Sonnenspektrums scheinen mir die Gegenwart von

Eisendämpfen in der Sonnenatmosphäre mit einer so großen Sicherheit zu

beweisen, wie sie in den Naturwissenschaften überhaupt erreichbar ist.«

Nachdem die Gegenwart eines irdischen Stoffes in der Sonnenatmosphäre

festgestellt und dadurch eine große Zahl von *Fraunhofer*schen

Linien erklärt war, lag die Vermutung nahe, daß auch andere irdische

Stoffe sich an der Zusammensetzung der Sonne beteiligen und durch

die Absorption, welche sie ausüben, entsprechende *Fraunhofer*sche

Linien erzeugen. Dies ergab sich in der Tat für Calcium, Magnesium und

Natrium. Allerdings ist die Zahl der hellen Linien in dem Spektrum

eines jeden dieser Metalle nur klein. Aber diese Linien, sowie

diejenigen des Sonnenspektrums, mit denen sie zusammenfallen, sind

so deutlich, daß diese Koinzidenzen sich mit ganz besonderer Schärfe

beobachten lassen.

Es lag nahe, zu untersuchen, ob auch Nickel und Kobalt, welche die

steten Begleiter des Eisens in den Meteoriten sind, einen Bestandteil

der Sonnenatmosphäre bilden. Mit gleicher Bestimmtheit, wie es für das

Eisen geschehen, konnte indessen *Kirchhoff* in diesem Falle den Beweis

nicht liefern. Für Barium, Kupfer und Zink machte er es wahrscheinlich,

daß sie in der Sonnenatmosphäre vorhanden sind. Die Untersuchung auf

Gold, Silber, Blei und einige andere Metalle ergab ein negatives

Resultat.

Spätere Untersuchungen haben das Vorhandensein von Kobalt und Nickel

in der Sonnenatmosphäre dargetan. Durch die Spektralanalyse ist die

Anwesenheit von mehr als 30 Elementen in der Sonne mit Sicherheit

nachgewiesen; darunter befinden sich Eisen, Nickel, Mangan, Chrom,

Kobalt, Kohlenstoff (200 Linien), Calcium, Magnesium, Natrium,

Silicium, Strontium, Barium, Aluminium, Zink, Kupfer, Silber, Zinn,

Blei, Kalium. Im Sonnenspektrum nicht nachgewiesen sind: Antimon,

Arsen, Wismut, Bor, Stickstoff, Gold, Quecksilber, Phosphor,

Schwefel[470]. Doch ist damit nicht etwa der Nachweis geliefert, daß

die letztgenannten Elemente an der Zusammensetzung des Sonnenkörpers

nicht beteiligt sind. Man ist aus den Ergebnissen der Spektralanalyse

in höherem Maße als durch die Analyse der Meteoriten zu dem Schlusse

berechtigt, daß das übrige Weltall, soweit es sich den Sinnen

offenbart, denselben elementaren Aufbau wie die Erde besitzt.

Der Gesamtverlauf der Untersuchung mußte *Kirchhoff* zu der Annahme

führen, daß die Sonne aus einem festen oder tropfbar flüssigen,

in der höchsten Glut befindlichen Kern besteht, der für sich ein

kontinuierliches Spektrum geben würde, der aber umgeben ist von einer

das Licht zum Teil absorbierenden Atmosphäre von etwas geringerer

Temperatur[471].

Diese Vorstellung von der Beschaffenheit der Sonne stimmt mit

der von *Laplace* begründeten Hypothese über die Bildung unseres

Planetensystems überein[472]. Wenn die Masse, die jetzt in den

einzelnen Körpern dieses Systems verdichtet ist, in früheren Zeiten

einen zusammenhängenden Nebel von ungeheurer Ausdehnung bildete, durch

dessen Zusammenziehung die Sonne, die Planeten und die Monde entstanden

sind, so müssen alle diese Körper im wesentlichen von der gleichen

chemischen Zusammensetzung sein.

Die Vermutung, welche *Bunsen* und *Kirchhoff* schon in ihrer ersten

Abhandlung vom Jahre 1860 aussprachen, daß nämlich die Spektralanalyse

ein Mittel zur Entdeckung bisher unbekannter Elemente abgeben werde,

sollte sich sehr bald als zutreffend erweisen. Schon im Jahre 1861

konnten beide Forscher eine Untersuchung veröffentlichen, durch welche

die Gruppe der Alkalimetalle um zwei neue Glieder, das Cäsium und das

Rubidium, bereichert wurde. Das Vorkommen dieser Elemente ist ein so

spärliches, daß es der Verarbeitung von 44000 kg eines Soolwassers[473]

bedurfte, um nur wenige Gramm des zur Untersuchung nötigen Materiales

zu erhalten. Die Mutterlauge der untersuchten Soole zeigte nach der

Ausfällung von Calcium, Strontium und Magnesium im Spektralapparat

die Linien von Natrium, Kalium und Lithium und außer diesen noch zwei

ausgezeichnete, sehr nahe beieinander liegende blaue Linien. Da kein

einziges der bisher bekannten Elemente an der betreffenden Stelle des

Spektrums zwei solche Linien hervorbrachte, so konnte die Existenz

eines bisher unbekannt gebliebenen Grundstoffes als erwiesen betrachtet

werden. Diesen Grundstoff bezeichneten *Kirchhoff* und *Bunsen* der

blauen Farbe seiner charakteristischen Linien wegen als Cäsium. Durch

geeignete Behandlung des Minerals Lepidolith erhielten beide Forscher

einen Niederschlag, der im Spektralapparat zwei neue, prachtvolle

violette Linien von bestimmter Lage zeigte und auf einen zweiten, bis

dahin unbekannten Grundstoff hindeutete. Er erhielt den Namen Rubidium,

weil seine charakteristischen Linien im roten Teile des Spektrums

liegen.

Beide Elemente wurden darauf von *Bunsen* eingehend auf ihr chemisches

Verhalten geprüft. Sie erwiesen sich als dem Natrium und dem Kalium

sehr ähnliche Grundstoffe. Ihre Affinität zum Sauerstoff war sogar noch

größer als diejenige des Kaliums.

[Illustration: Abb. 48. *Bunsens* und *Kirchhoffs* verbessertes

Spektroskop.]

Bei der Untersuchung der Spektren von Rubidium und Cäsium bedienten

sich *Kirchhoff* und *Bunsen* eines verbesserten Apparats. Dieser

Apparat, der den noch heute gebräuchlichen Spektroskopen im

wesentlichen entspricht, gestattet die Spektren zweier Lichtquellen auf

das Schärfste miteinander zu vergleichen. Er besitzt eine mit Ziffern

versehene Skala, die sich in dem Rohre C vor einer Sammellinse befindet

und durch Reflexion an der vorderen Prismenfläche dem durch das

Fernrohr B blickenden Beobachter gleichzeitig mit den Spektren sichtbar

wird. Die Vergleichung zweier Spektren wird folgendermaßen erreicht.

Der Spalt, welcher das Licht durch das Rohr A zum Prisma gelangen läßt,

bleibt in der oberen Hälfte frei, in der unteren wird er dagegen von

einem kleinen Prisma bedeckt. Dieses läßt durch totale Reflexion die

Strahlen der Lichtquelle D durch den Spalt treten, während die Strahlen

der Lichtquelle E direkt durch die obere Hälfte des Spaltes gehen[474].

Ein Jahr später erfuhr das Spektroskop durch *Kirchhoff* eine weitere

Verbesserung. Da die Spektrallinien bei den bisher benutzten Apparaten

für feinere Ablesungen zu nahe beieinander lagen, galt es, eine

Verbreiterung des Spektrums herbeizuführen. *Kirchhoff* erzielte dies,

indem er statt eines Prismas vier in einem Halbkreise geordnete Prismen

anwandte. (Abb. 49.)

[Illustration: Abb. 49. *Kirchhoffs* Spektroskop mit vier Prismen.]

Jedem Durchgang durch eines der drei hinzugefügten Prismen entsprach

eine Verbreiterung des Spektrums unter entsprechender Vergrößerung des

Abstandes der Spektral- oder der *Fraunhofer*schen Linien. Mit diesem

Apparat stellte *Kirchhoff* seine Untersuchung über das Sonnenspektrum

an, mit deren wichtigen Ergebnissen wir schon bekannt wurden[475].

Eine weitere Vergrößerung der Dispersion oder Zerstreuung des Lichtes

erzielte man dadurch, daß man an die Stelle der Glasprismen mit stark

zerstreuendem Schwefelkohlenstoff gefüllte Hohlprismen brachte. Für

manche Zwecke erwiesen sich ferner die geradsichtigen Spektroskope

als erwünscht. Ihre Konstruktion beruht auf dem Grundsatz, daß man

Prismenverbindungen herstellen kann, die wohl die Ablenkung, nicht aber

die Farbenzerstreuung aufheben.

An die grundlegenden Arbeiten *Kirchhoffs* und *Bunsens* schlossen

sich die Untersuchungen zahlreicher Physiker an. Mit den Spektren

stark verdünnter Gase beschäftigten sich *Plücker* und *Wüllner*. Von

dem Linienspektrum, das besonders durch stark verdünnte, elementare

Gase und Dämpfe hervorgerufen wird, unterschied man das bei geringerer

Verdünnung und insbesondere bei chemischen Verbindungen auftretende

Bandenspektrum. Absorptionsstreifen traten auch auf, wenn man das

kontinuierliche Spektrum durch flüssige und feste Körper hindurchgehen

ließ.

An die Durchforschung des Sonnenspektrums reihten sich die

spektroskopischen Untersuchungen der Protuberanzen, der Fixsterne und

der Nebelflecken. Unter den irdischen Lichtquellen wandte sich das

Interesse der mit dem Spektroskop arbeitenden Physiker insbesondere

dem elektrischen Funken, dem Blitz, dem Nordlicht und zahlreichen

anderen Erscheinungen zu, über deren Natur die neue Methode eine Fülle

wertvoller Aufschlüsse gewinnen ließ.

In nicht geringerem Grade hat sich die Fruchtbarkeit des neuen

Verfahrens für die Chemie selbst offenbart. Es wurde nicht nur zu dem

wichtigsten analytischen Hilfsmittel, sondern es führte schon in den

Händen seiner Erfinder zur Entdeckung neuer Grundstoffe[476] und drang

befruchtend in alle Zweige der angewandten Naturwissenschaften ein. So

erblicken wir heute das Spektroskop in den Händen des Arztes, wenn es

gilt, eine Kohlenoxyd- oder eine Blausäurevergiftung nachzuweisen, oder

des Hüttenmannes, der aus dem Verschwinden der Kohlenstofflinie die

Beendigung des Bessemerprozesses abliest.

Auch auf dem Gebiete der Astronomie erwies sich die Spektroskopie

als eins der wichtigsten Forschungsmittel, besonders nachdem sie

mit der Photographie vereinigt worden war. Jetzt erst war man

imstande, die chemische und die physikalische Natur, sowie manche

Bewegungserscheinungen der Gestirne aufzuhellen. Die genauere

spektroskopische Erforschung der Sonne setzten sich der Schwede

*Angström*, der Engländer *Lockyer* und der Amerikaner *Rowland* als

Aufgabe. Letzterer lieferte die gründlichste Untersuchung unseres

Zentralgestirns[477].

Das Studium der Sonnenphotosphäre führte zur Entdeckung eines

Elementes, das die Mineralchemie bis dahin noch nicht kennen gelernt

hatte. Der englische Physiker *Crookes* erkannte es an einer hellen,

gelben Linie und nannte es Helium. Später gelang es *Rayleigh*, das

Helium auf der Erde nachzuweisen[478].

Für die Planeten machte das Spektroskop das Vorhandensein ziemlich

dichter, aus Luft und Wasserdampf bestehender Hüllen wahrscheinlich. In

den Kometen wurden Kohlenstoffverbindungen nachgewiesen. Das wichtigste

Ergebnis der astronomischen Spektroskopie besteht somit darin, daß

die Beschaffenheit der Materie im ganzen Weltraum die gleiche ist.

Die Untersuchung der Fixsternspektren führte zur Entdeckung gewisser

Typen dieser Weltkörper, die sich im wesentlichen als chemisch und

physikalisch unserer Sonne gleichartige Bildungen erwiesen.

Auch für das Studium der Bewegung kosmischer Massen wurde das

Spektroskop von größter Wichtigkeit. Man beobachtete die Verschiebung

der Spektrallinien nach dem roten und nach dem violetten Teile des

Spektrums. Eine Erklärung hierfür bot das *Doppler*'sche Prinzip.

Danach muß die Wellenzahl des Lichtes sich vergrößern oder sich

verringern, je nachdem wir uns der Lichtquelle nähern oder uns von ihr

entfernen. So schloß *Huggins* 1868 aus der Verschiebung der Linien im

Spektrum des Sirius, daß dieses Gestirn sich mit einer Geschwindigkeit

von 6 Meilen in der Sekunde von uns fortbewegt. Derartige Messungen

geben indessen keinen Aufschluß über die wahre Geschwindigkeit, da sie

ja nur die eine, in den Visionsradius fallende Bewegungskomponente zu

bestimmen gestatten. Gleichfalls im Jahre 1868 bestimmte *Lockyer*

die Geschwindigkeit der unter dem Namen der Protuberanzen bekannten

Wasserstofferuptionen der Sonne aus der Verschiebung der grün-blauen

F-Linie des Wasserstoffs zu 32 Meilen für die Sekunde.

Eine mächtige Bundesgenossin erwuchs der Spektralanalyse in der

Photographie. Daß die Haut durch eine Lösung von Silbernitrat

geschwärzt wird, war schon im Mittelalter bekannt. Auch kannte man

die Farbenänderung, welche das Chlorsilber erfährt[479]. schon seit

langer Zeit. Daß man es hier mit einer Wirkung des Lichtes zu tun

habe, wurde im Beginn des 18. Jahrhunderts bemerkt[480]. Später folgte

die Beobachtung, daß sich die chemische Wirkung des Lichtes nicht

gleichmäßig über alle Teile des Spektrums verbreitet, und daß sie sich

sogar über das Violett hinaus erstreckt.

Die ersten Versuche, dieses Verhalten zur Herstellung von Bildern

zu verwenden, scheiterten an dem Umstande, daß man das unveränderte

Silbersalz nicht zu entfernen vermochte. Erst die Jahrzehnte währenden,

vereinten Bemühungen der Franzosen *Nièpce* und *Daguerre* führten

zu einem befriedigenden Ergebnis. Ihr Verfahren wurde Daguerrotypie

genannt. Es bestand darin, daß man das Bild einer Camera obscura auf

eine versilberte Platte wirken ließ, auf der man zuvor durch Joddämpfe

eine Jodsilberschicht hervorgerufen hatte. Ein merkwürdiger Zufall

führte zur Entdeckung einer Art von Entwicklungsverfahren. Kurze Zeit

belichtete Platten, die kaum Spuren einer Änderung zeigten, hatte

man in einen Schrank gelegt, in dem etwas Quecksilber verschüttet

war. Als man diese Platten wieder herausnahm, war ein deutliches Bild

desjenigen Gegenstandes zu erblicken, dessen Strahlen vorher auf die

Platten gewirkt hatten. Erst nach langem Kopfzerbrechen erkannte

man das Quecksilber, dessen Dämpfe sich an den belichteten Stellen

niederschlagen, als die Ursache dieser, alles in Erstaunen versetzenden

Erscheinung.

Das von *Daguerre* herrührende Verfahren wurde seit der Mitte des

19. Jahrhunderts durch die von dem Engländer *Talbot* erfundene

Papierphotographie verdrängt. *Talbot* überzog einen Bogen Papier

mit einer hinreichenden Menge Silbernitrat und setzte ihn den

Sonnenstrahlen aus, nachdem er einen Gegenstand vor dem Papiere

angebracht hatte, der einen scharf begrenzten Schatten wirft[481]. Die

belichteten Stellen des Papiers wurden dann geschwärzt, während die im

Schatten befindlichen Stellen weiß blieben.

Die ersten Gegenstände, welche *Talbot* auf diese Weise abzubilden

suchte, waren Blumen und Blätter. Als er bemerkte, daß die erhaltenen

Bilder infolge der weiteren Einwirkung des Lichtes nur von kurzer

Dauer waren, suchte er nach einem Verfahren, sie haltbar oder doch

wenigstens beständiger zu machen. Folgende Überlegungen führten ihn

zu dem erwünschten Ziele: Das vom Lichte geschwärzte Silbernitrat ist

nicht mehr dieselbe chemische Substanz wie zuvor. Wenn daher das dem

Sonnenlichte ausgesetzte Bild einem chemischen Prozeß unterworfen

wird, so werden die weißen und die dunklen Stellen des Bildes in

verschiedener Weise beeinflußt werden. Es ist nicht wahrscheinlich,

daß nach der chemischen Behandlung die unveränderten und die

geschwärzten Stellen einer weiteren Veränderung unterliegen. Sollte

letzteres aber doch der Fall sein, so läßt sich nicht annehmen, daß

diese Änderung jetzt auch darauf hinauslaufen wird, den verschiedenen

Stellen das gleiche Aussehen zu verleihen. Angenommen, daß sie jetzt

eine Verschiedenheit beibehalten, so wird das Bild sichtbar bleiben.

*Talbot* fand bald diesem Zweck entsprechende Chemikalien, die ihm zum

Fixieren seiner Photographien dienten.

Er kam dann auf den Gedanken, das Bild, das die Camera obscura auf

das Papier hinzaubert oder auch nur die Umrisse dieses Bildes, die

Lichter und die Schatten, wenn auch der Farbe entkleidet, festzuhalten.

*Talbot* war zwar zuerst versucht, diesen Gedanken als einen

wissenschaftlichen Traum anzusehen. Dennoch ging er ans Werk. Er versah

seine Camera mit einem Objektiv und mit lichtempfindlichem Papier und

stellte sie vor einem Gebäude auf, das günstig von der Sonne beschienen

wurde. Einige Zeit darauf öffnete er den Apparat und fand auf dem

Papier ein deutliches Bild des Gebäudes.

Die Bilder, welche *Talbot* (1835) erhielt, waren Negative, aus denen

sich beliebig viele Positive gewinnen ließen. Die Photographie war

dadurch zu einer vervielfältigenden Kunst geworden. So lange aber das

Papier der einzige Träger der lichtempfindlichen Substanz war, blieb

das Verfahren recht unvollkommen. Es wurde erst lebensfähig, als man

zur Herstellung des Negativs Kollodium anwandte (1851), das infolge

seiner Durchsichtigkeit die Gewinnung scharf begrenzter Positive

ermöglichte.

Welche Bedeutung diese »kleine Erfindung«, wie sie von *Talbot* in

seinem Bericht genannt wird, für die Kunst, die Wissenschaft und

das praktische Leben gewinnen sollte, konnte der Erfinder freilich

noch nicht ahnen. Wir können ihre Bedeutung erst ermessen, wenn

wir uns denjenigen wissenschaftlichen und technischen Aufgaben der

neuesten Zeit zuwenden, zu deren Bewältigung die Photographie in ganz

hervorragendem Maße beigetragen hat.

Seitdem die bequeme Trockenplatte erfunden war, und das empfindliche

Bromsilber für die Aufnahme des Lichteindrucks nur den Bruchteil

einer Sekunde beanspruchte, drang das photographische Verfahren als

die zuverlässigste und mit keinen subjektiven Mängeln behaftete

Beobachtungsmethode in alle Zweige der Wissenschaft und der Technik

ein. Es lag in der Natur der Sache, daß die Astronomie, die es fast nur

mit Lichterscheinungen zu tun hat, in erster Linie und in solchem Maße

aus dem photographischen Verfahren Nutzen zog, daß wir uns den in der

neuesten Zeit emporgeblühten, physikalischen Teil dieser Wissenschaft

ohne letzteres gar nicht denken können. Welch mühevolle Arbeit[482]

mußte z. B. *Kirchhoff* leisten, um das Sonnenspektrum so zu zeichnen,

daß jede der vielen hundert Linien in der ihr zukommenden Lage und

Stärke hervortrat! Dasselbe erreichte bald darauf *Rutherford* in

kürzester Zeit und mit objektiver Treue, als er zum ersten Male das

Sonnenspektrum photographierte[483].

Zu den wunderbarsten Leistungen der Photographie gehört die neuerdings

gelungene Aufnahme von Dingen, die das Auge nicht zu sehen vermag,

die Photographie des Unsichtbaren. So ist es beispielsweise gelungen,

den ultraroten und den ultravioletten Teil des Spektrums so genau zu

photographieren, daß sich die Absorptions- und Emissionserscheinungen,

welche diese Teile bieten, gerade so vollständig in allen ihren

Eigentümlichkeiten und Gesetzmäßigkeiten erkennen lassen, wie es bisher

beim sichtbaren Spektrum möglich war.

Zur Photographie des Unsichtbaren zählt auch die auf der

akkumulierenden Wirkung des Lichtes beruhende Entdeckung zahlreicher

Fixsterne, Kometen und Nebel, deren Licht so schwach ist, daß es

mit den schärfsten Teleskopen nicht wahrgenommen werden kann. Jene

akkumulierende Wirkung beruht darauf, daß die Platte, wenn man sie

längere Zeit einem sehr lichtschwachen Objekt aussetzt, sozusagen die

Differentiale der Belichtung summiert.

Zu der Leistung, die wir als die Photographie des Unsichtbaren

bezeichnet haben, läßt sich das neuerdings in der Geodäsie der Bau-

und der Ingenieurmechanik in Aufnahme gekommene, als Photogrammetrie

bezeichnete Meßverfahren in Parallele stellen. Ermöglicht doch dieses

auf der Verbindung der Photographie mit der Stereoskopie beruhende

Verfahren, Gegenstände auszumessen. die infolge ihrer Unzugänglichkeit

nicht direkt gemessen werden können.

In welchem Maße die Photographie unter steter Vervollkommnung ihrer

Methoden sich alle Gebiete der Wissenschaft und der Technik eroberte,

läßt sich hier nicht im einzelnen ausführen, zumal an manchen Stellen

dieses Bandes auf die wichtigsten Anwendungen der Photographie schon

hingewiesen wurde. Unter den Problemen, mit denen sich die Jetztzeit

auf diesem Gebiete beschäftigt, ist vor allem die naturgetreue

Wiedergabe der Farben zu rechnen. Das Problem ist fast gleichzeitig

von verschiedenen Seiten[484] in Angriff genommen worden. Von der

umständlichen Kombination mehrerer durch verschiedenfarbige Lichtfilter

gemachter Aufnahmen ist man heute schon dahin gelangt, ein farbiges

Bild durch eine einzige Aufnahme zu erzielen. Eine vollständige Lösung

des Problems der Farbenphotographie ist indessen noch nicht gelungen.

Übrigens bietet der photographische Vorgang an sich dem Forscher noch

manche Probleme dar. Ist es doch z. B. trotz aller Bemühungen noch

nicht gelungen, das Wesen des sogenannten »latenten« Bildes und den

Vorgang der Entwicklung, kurz das Verhalten der lichtempfindlichen

Substanz vollständig und einwandfrei zu erklären[485].

Die Naturwissenschaften in ihrer Entwicklung und in ihrem Zusammenhange, IV. Band Das Emporblühen der modernen Naturwissenschaften seit der Entdeckung des Energieprinzips · 第 46 / 171 题