Гершель - Об инфракрасном излучении

ОПЫТЫ ПО ПРЕЛОМЛЯЕМОСТИ НЕВИДИМЫХ СОЛНЕЧНЫХ ЛУЧЕЙ

В тип части моей предыдущей работы, где трактуется о лучистой теплоте, был сделан намек, хотя и на основе несовершенных опытов, что диапазон ее преломляемости, вероятно, шире, чем у призматических цветов, и поскольку недавно стояла благоприятная солнечная погода и было получено достаточное подтверждение этого факта, целесообразно добавить следующие эксперименты к тем, что уже описаны. Я запасся небольшой подставкой на четырех коротких ножках и покрыл ее белой бумагой. На ней я провел пять линий, параллельных одному из краев подставки, на расстоянии ¹/₂ дюйма друг от друга, по так, что первая линия могла быть удалена от края не более чем на ¹/₂ дюйма. Эти линии я пересек под прямым углом тремя другими, из которых вторая и третья находились соответственно в 2¹/₂ и 4 дюймах от первой. Те же термометры, которые раньше обозначались № 1, 2 и 3, укрепленные на своих маленьких наклонных плоскостях, были затем установлены так, чтобы центры тени от их шариков отбрасывались на пересечении упомянутых линий. Затем, установив мою маленькую подставку на стол, я заставлял призматической спектр падать так, что крайний цвет попадал на край бумаги и ничего не могло проходить за первую линию. При таком расположении весь спектр, исключая ничтожную последнюю четверть дюйма, которая служила направляющей, находился за краем подставки и не мог мешать эксперименту. На этот раз я к тому же воспользовался предосторожностью, затемнив окно, в котором была установлена призма, путем укрепления темно-зеленых штор, с тем чтобы оставалось столько света, сколько удобно.  

Когда термометры приняли в точности температуру комнаты, я расположил подставку так, что часть красного цвета, преломленного призмой, падала на край бумаги перед термометром № 1 примерно на полпути, или 1¹/₄ дюйма, от термометра № 2. Следовательно, красный цвет не был близок ни к термометру №2, ни к термометру № 3, которые должны были служить эталонами. Во время эксперимента я удерживал конец видимого красного цвета в точности на первой линии, как на положенном ему пределе, слегка перемещая подставку, когда это было необходимо, и обнаружил, что термометры, находившиеся все на второй линии, показали следующее. В данном случае, когда центр термометра № 1 помещался на ¹/₂ дюйма за видимым светом, он поднялся за 10 мин на 6¹/₂°¹ [табл. 1].

Таблица 1

Для подтверждения этого факта я охладил термометр № 1 и поместил на его место термометр № 2; термометр № 3 я поместил на место № 2, а первый — на место № 3; установив их, как и раньше, на второй линии и подвергнув их воздействию, я получил такие результаты. Теперь термометр № 2 за 12 мин поднялся на 2³/₄°, и, будучи гораздо более чувствительным, чем № 1, он приобрел температуру, соответствующую этому положению, в более короткое время. Однако я подвергал его воздействию дольше, дабы быть совершенно уверенным в результате. Тот факт, что его показания возросли только на 2³/₄°, в то время как у № 1 — на 6¹/₂°, уже объяснялся ранее [табл. 2].

Таблица 2

Поскольку теперь очевидно, что имело место преломление лучей, приходящих от Солнца, которые, хотя и недоступны зрению, все же наделены значительной способностью в создании тепла, я продолжил исследования их протяженности следующим образом. Термометры были установлены на третьей линии вместо второй: подставка до первой линии освещалась окрашенной полоской исчезающих красных лучей. Результаты таковы. Здесь термометр № 1 поднялся на 5¹/₄° за 13 мин, находясь на расстоянии 1 дюйм за видимым светом красных лучей [табл. 3].

Таблица 3

Затем я поместил термометры на четвертую линию вместо третьей и, действуя, как и раньше, получил следующие результаты. Термометр № 1 поднялся на 3¹/₈° за 10 мин. Находясь на расстоянии в 1¹/₂ дюйма за светом красных лучей [табл. 4].

Таблица 4

Теперь я мог перейти к пятой линии, но такой прекрасный день в смысле чистоты неба и совершенного безветрия не часто можно ожидать в это время года, поэтому я поспешил провести испытания с другим концом призматического спектра. Это было  исполнено с некоторым трудом, поскольку освещенность фиолетовыми лучами настолько слаба, что нельзя уловить их точное окончание. Однако, насколько можно было судить, я поместил термометры на 1 дюйм за предел досягаемости фиолетовых лучей и получил такие результаты. Теперь несколько показаний термометров, два из которых, № 1 и 2, использовались как переменные, тогда как № 3 оставался эталоном, считывались в течение 12 мин. Однако, как можно видеть при внимательном рассмотрении, результаты не дают оснований приписывать какому-либо из их малых изменений другую причину, чем случайное возмущение, которое должно происходить от движения воздуха в комнате, где проводятся какие-то работы [табл. 5].  

Таблица 5

Затем я поставил термометры на линию самого первого заметного фиолетового света, но так, что № 1 и № 2 вновь были освещены, тогда как № 3 оставался эталоном. Результаты оказались следующими. Термометр № 3 поднялся за 15 мин на 1°; а термометр № 2 -- на ¹/₂° за то же время. Эти последние эксперименты в достаточной степени убедили меня в том, что никакие лучи, которые могут падать за фиолетовым [цветом], не могут иметь ощутимой способности ни к освещению, ни к нагреванию и что обе эти способности сосуществуют на протяжении всего призматического спектра и заканчиваются там, где исчезает самый слабый фиолетовый [свет] [табл. 6].  

Таблица 6

Оставалось решить еще один очень существенные вопрос, а именно: определить положение максимума нагревательной способности. Поскольку я уже знал, что он не лежит с фиолетового края красного [света], я начал с полновесного красного цвета и поместил расположенные в линию термометры так, чтобы иметь шарик термометра № 1 в середине таких лучей, в то время как другие два термометра оставались в стороне и не были подвержены их действию. В этом случае термометр № 1, подставленный под полновесные лучи, поднялся на 7° за 10 мин [табл. 7].

Таблица 7

Я сдвигал подставку назад до тех пор, пока центр шарика термометра № 1 не оказался в точности в исчезающем красном цвете, так что половина его шарика была внутри, а половина — вне видимых солнечных лучей. Здесь термометр № 1 поднялся на 8° за 10 мин.

Не теряя времени, дабы лучше связать вместе эти последние наблюдения, я не стал возвращать термометр № 1 к комнатной температуре, будучи уже хорошо знаком со скоростью [изменений] его показаний в сравнении с № 2, а перешел к следующему эксперименту, сдвинув подставку настолько, что шарик термометра № 1 был полностью вне видимых солнечных лучей, помещая все же линию границы красного цвета столь близко к наружной стороне шарика, сколь было возможно без того, чтобы коснуться его. Здесь термометр № 1 за 10 мин поднялся еще на 1° по сравнению с тем, насколько он смог подняться в его предшествующем положении: теперь это составляло 9° выше эталона. Шарик этого термометра имел диаметр в точности полдюйма, и поэтому его центр находился на 1/4 дюйма за видимым освещением, действию которого не подвергалась ни одна его часть [табл. 8, 9].  

Таблица 8

Таблица 9

Для получения истинною максимума было бы неправильно сравнивать эти последние наблюдения с теми, что были выполнены раньше этим же утром, поскольку теперь солнце было сильнее. чем в тот период времени. По этой причине я сделал так, чтобы линия окончания видимого света снова находилась на расстоянии ¹/₂ дюйма от этого шарика, и получил такие результаты. Теперь, когда центр шарика термометра № 1 находился на расстоянии ¹/₂ дюйма от видимых солнечных лучей, он за 16 мин поднялся на 8³/₄^о и разность слишком незначительна, чтобы предположить, что последнее положение термометра было гораздо дальше максимума нагревательной способности: хотя в то же время эксперимент в достаточной степени указывает, что нет необходимости искать место, о котором идет речь, на большем расстоянии [табл. 10].

Таблица 10

Теперь легко уложить полученные результаты в очень узкие рамки. Первые четыре эксперимента доказывают, что существуют лучи, приходящие от Солнца, которые преломляются слабее, чем любые из лучей, действующих на глаз. Они наделены сильной способностью к нагреву тел, но лишены способности освещать тела. Это и объясняет причину, почему до сих пор они ускользали от внимания. В мои намерения не входит указание угла наименьшего преломления для этих лучей, поскольку для этой цели необходимы более точные, повторяющиеся и пространные опыты. Но на расстоянии 52 дюйма от призмы все еще имелась значительная способность к нагреву, проявляемая нашими невидимыми лучами на расстоянии 1¹/₂ дюйма за красными лучами, измеренном по их проекции на горизонтальную плоскость. У меня нет сомнений, что их действенность может быть прослежена и несколько далее. Опыты 5 и 6 показывают, что способность к нагреванию тянется до крайних пределов видимых фиолетовых лучей, по не далее их; и она постепенно ослабляется по мере того, как лучи становятся все более преломляемыми. Последние четыре эксперимента доказывают, что максимум нагревательной способности находится в невидимых лучах, и, вероятно, он находится на расстоянии не менее полудюйма за последними видимыми лучами, когда они проецируются так, как указано выше. Эти эксперименты показывают также, что невидимые солнечные лучи в своем наименее преломляемом состоянии и значительно дальше максимума все еще демонстрируют способность к нагреванию, полностью равную способности к нагреванию красного света. Следовательно, если мы можем вывести количество действующего фактора из производимого действия, то по числу невидимые солнечные лучи, возможно, значительно превышают видимые.

В заключение, если мы называем светом те лучи, которые освещают объекты, и лучистым теплом те, что нагревают тела, то можно задать вопрос: существенно ли отличается свет от лучистой теплоты? Ответ, который я мог бы предложить, состоит в том, что по правилам философствования мы не можем принять две разные причины для объяснения определенных эффектов, если их можно отнести за счет одной. Пучок лучистого тепла исходящий от Солнца, состоит из лучей, по-разному преломляющихся. <...> Если это правильное описание солнечного тепла, в поддержку которого я ссылаюсь на свои опыты, то нам остается лишь принять, что те солнечные лучи, которые имеют преломляемость лучей, содержащихся в призматическом спектре, благодаря строению органов зрения воспринимаются под видом света, а остальные, будучи задержанными оболочками и соками глаза, действуют на органы зрения, как и на все другие части нашего тела, вызывая ощущение тепла.  

КОММЕНТАРИЙ:

Перевод с английского работы В. Гершеля выполнен С. Р. Филоновичем по публикации: Philosophical Transactions, 1800, vol. 90, Pt. 11, p. 284. Название работы на языке оригинала: “Experiments on the Refrangibility of the invisible Rays of Sun”.

¹ Гершель измерял изменение температуры в градусах шкалы фаренгейта.