Роберт Вильямс Вуд. Современный чародей физической лаборатории

Классическая теория света была вполне законченной задолго до появления на сцену Вуда. Но в 1859 году открылись новые широкие возможности в физической оптике – спектроскоп был впервые применен для исследования химической природы вещества. Это открытие Бунзена и Кирхгофа сделало спектроскоп одним из главных инструментов современной науки и особенно укрепило практическое положение физической оптики. Свет стал не только объектом исследования, но и мощным орудием исследования природы физического мира. Малейшие следы веществ открывались по спектру, и самые далекие звезды и туманности обнаруживали свой химический состав и даже свои скорости и направление движения, если изучать их спектры. Развиваясь, эта отрасль науки усложнялась – обнаружилось, что одно и то же вещество давало различные спектры, в зависимости от своего физического состояния. Таким образом, спектральный анализ открывал не только химический состав, но и физическое состояние, в котором находится вещество.

Когда Вуд появился на сцене, в конце девятнадцатого столетия, физическая оптика переживала этап весьма бурного развития, как и вся, впрочем, физика в целом. Роль Вуда – смелый эксперимент: его работы нередко бросали вызов формулам теоретиков или же, наоборот, блестяще подтверждали их. Его первая работа по физической оптике дает этому блестящий пример, поясняя также исключительную широту его «специальной» науки. Вот рассказ Вуда:

«Полное солнечное затмение 28 мая 1900 года поставило передо мной задачи, решение которых можно рассматривать как мой первый вклад в физическую оптику. То, что было до этого, шло более по линии демонстраций или истолкований. Морская обсерватория в Вашингтоне пригласила меня принять участие в ее экспедиции по наблюдению затмения, и я расположился с группой в Пайнхерсте (Северная Каролина), около середины пояса полного затмения, где его продолжительность была наибольшей. Здесь я впервые наблюдал солнечную корону и красные языки раскаленного водорода, которые полыхали на краю солнечного диска. Меня особенно интересовал их спектр. Как раз перед полным затмением, когда край солнца вот-вот исчезнет за Луной, можно секунду или две наблюдать огненный полумесяц, который, если его рассматривать с помощью призмы или дифракционной решетки, распадается на спектр цветных полумесяцев, разделенных темными интервалами разной ширины. Это – так называемый спектр „вспышки“ хромосферы, т.е. оболочки светящихся раскаленных паров металлов, которой окружено солнце. Поглощение этой атмосферой накаленных паров еще более интенсивного и яркого излучения поверхности жидкого „ядра“ солнца дает в солнечном спектре темные линии, видимые в спектроскоп. Эти линии – не совершенно черные, а содержат менее яркий свет раскаленного пара.

По возвращении в Мэдисон осенью я прочел в октябрьском номере Astrophysical Journal статью Юлиуса, голландского астронома, выдвигавшего смелую теорию о том, что спектр вспышки хромосферы вызывается аномальной дисперсией белого света, излучаемого жидкой поверхностью солнца. Я сразу же начал опыты, целью которых было – получить подобный спектр в условиях лаборатории. Перед Рождеством я уже послал в Astrophysical Journal отчет об успешном экспериментальном подтверждении теории Юлиуса. Для этого понадобилось создать над белой поверхностью атмосферу паров натрия, в которой плотность изменялась бы чрезвычайно быстро с удалением от поверхности. Я нагревал металлический натрий в железной ложке под куском белого гипса, ожидая, что конденсация пара на холодной поверхности даст необходимое падение плотности с расстоянием. Белая поверхность гипса, ограничивавшая атмосферу натрия, была освещена сильным пучком солнечного света, собранным большой линзой. Освещенный таким образом гипс изображал раскаленную добела поверхность Солнца, а пары натрия – хромосферу. Наблюдая белое пятно через телескоп и призму прямого зрения и передвигая инструмент вверх, можно было растянуть пятно в линию; при этом появлялся темный солнечный спектр поглощения, подобно тому, как это происходит во время затмения, когда диск солнца почти закрыт Луной. С приближением спектроскопа к плоскости освещенной поверхности солнечный спектр исчез, и на его месте внезапно появились две узкие желтые линии, соответственно прежним линиям поглощения. Юлиус сразу же написал мне письмо, выражая свое удовлетворение результатами опыта, так хорошо подтверждавшими его теорию. После этой удачи я понял, что изучение оптических свойств плотных поглощающих свет паров металлического натрия может дать важные результаты для подтверждения существовавших тогда оптических теорий, и я решил начать исследование дисперсии света в этих парах».