Joseph Ritter von Fraunhofer (pronúncia em inglês: /ˈfraʊnˌhoʊfər/, em alemão: [ˈfraʊnˌhoːfɐ], 6 de março de 1787 – 7 de junho de 1826Wißner, Adolf. "Fraunhofer, Joseph von (bayerischer Personaladel 1824)". Neue Deutsche Biographie, vol. 5, 1961, pp. 382–384.) foi um físico alemão e fabricante de lentes ópticas. Produziu vidro óptico, um telescópio acromático e lentes objetivas. Desenvolveu redes de difração e inventou o espectroscópio. Em 1814, descobriu e estudou as linhas escuras de absorção no espectro solar, que receberam o nome de linhas de Fraunhofer.
A organização alemã Fraunhofer-Gesellschaft, a maior organização europeia dedicada ao avanço da pesquisa aplicada, recebeu seu nome em homenagem a ele. As linhas de Fraunhofer são usadas na astronomia para determinar a composição de corpos celestes. Seu epitáfio traz a inscrição em latim Aproximavit sidera, "Ele aproximou as estrelas".
Primeiros anos Joseph Fraunhofer foi o 11.º filho de uma família católica romana de Straubing, no Eleitorado da Baviera. Seus pais eram Franz Xaver Fraunhofer e Maria Anna Fröhlich. Seu pai e seu avô paterno, Johann Michael, haviam sido mestres vidraceiros em Straubing. A família de Fröhlich também descendia de vidraceiros, em uma linhagem que remontava ao século XVI. Fraunhofer ficou órfão aos 11 anos e começou a trabalhar como aprendiz de um vidraceiro severo chamado Philipp Anton Weichelsberger.
Em 1801, a oficina em que trabalhava desabou, e ele ficou soterrado nos escombros. A operação de resgate foi liderada pelo príncipe-eleitor Maximiliano José. O príncipe passou a apoiá-lo, fornecendo-lhe livros e obrigando seu empregador a permitir que o jovem Fraunhofer tivesse tempo para estudar.
Educação Joseph Utzschneider, um conselheiro privado, também estava no local do desabamento e tornou-se outro benfeitor de Fraunhofer. Com o dinheiro que recebeu do príncipe após o resgate e o apoio de Utzschneider, Fraunhofer conseguiu continuar os estudos ao lado de sua formação prática.Ralf Kern: Wissenschaftliche Instrumente in ihrer Zeit. Band 4: Perfektion von Optik und Mechanik. Colônia, 2010, pp. 355–356. Em 1806, Utzschneider e Georg von Reichenbach levaram Fraunhofer para seu instituto em Benediktbeuern, um mosteiro secularizado da Ordem de São Bento dedicado à fabricação de vidro. Ali, Fraunhofer aprendeu a produzir vidro óptico de alta qualidade e inventou métodos precisos para medir a dispersão óptica.
No instituto, Fraunhofer conheceu Pierre-Louis Guinand, técnico suíço especializado em vidro, que o instruiu na fabricação desse material a pedido de Utzschneider. Em 1809, a parte mecânica do Instituto Óptico estava principalmente sob a direção de Fraunhofer, e naquele mesmo ano ele se tornou um dos sócios da empresa."Fraunhofer, Joseph von". The Encyclopedia Americana. 1920.
Carreira Em 1814, Guinand e Reichenbach deixaram a empresa. Guinand tornou-se depois sócio de Fraunhofer, e a firma passou a se chamar Utzschneider-und-Fraunhofer. Em 1818, Fraunhofer tornou-se diretor do Instituto Óptico. Com os instrumentos ópticos produzidos por ele, a Baviera superou a Inglaterra como centro da indústria óptica. Nem mesmo Michael Faraday conseguiu produzir vidro que rivalizasse com o de Fraunhofer.
Sua carreira lhe rendeu um doutorado honoris causa da Universidade de Erlangen em 1822. Em 1824, rei Maximiliano I o nomeou cavaleiro da Ordem do Mérito da Coroa da Baviera, o que lhe conferiu nobreza pessoal e o título "Ritter von", isto é, cavaleiro. No mesmo ano, tornou-se cidadão honorário de Munique.
Como muitos vidraceiros de sua época, Fraunhofer foi intoxicado por vapores de metais pesados, o que resultou em sua morte prematura. Ele morreu em 1826, aos 39 anos. Acredita-se que suas fórmulas mais valiosas para a fabricação de vidro tenham sido levadas para o túmulo com ele.
Invenções e pesquisa científica miniatura|direita|Fraunhofer com o espectroscópio
Uma das operações mais difíceis da óptica prática na época de Fraunhofer era o polimento preciso das superfícies esféricas de grandes lentes objetivas. Fraunhofer inventou uma máquina que produzia superfícies mais precisas do que as obtidas pela retificação convencional. Também inventou outras máquinas de retificação e polimento e introduziu aperfeiçoamentos na fabricação dos diferentes tipos de vidro usados em instrumentos ópticos, nos quais encontrava falhas e irregularidades de diferentes tipos.
Em 1811, construiu um novo tipo de forno para fabricação de vidro. Durante sua segunda sessão de fusão, ao derreter uma grande quantidade de vidro, descobriu que podia produzir vidro flint que, quando retirado do fundo de um recipiente contendo cerca de 102 kg de vidro, tinha o mesmo poder de refração que o vidro retirado da superfície. Verificou que o vidro crown inglês e o vidro de mesa alemão apresentavam defeitos que tendiam a causar refração irregular. Em vidros mais espessos e maiores, esses defeitos eram ainda mais numerosos, de modo que esse tipo de vidro não servia para as lentes objetivas de telescópios maiores. Fraunhofer passou então a fabricar seu próprio vidro crown.
Acreditava-se que a determinação precisa da capacidade de um meio de refratar os raios luminosos e separar as diferentes cores que eles contêm era dificultada pela ausência de limites nítidos entre as cores do espectro, o que tornava difícil medir com precisão o ângulo de refração. Para contornar essa limitação, Fraunhofer realizou experimentos destinados a produzir artificialmente luz homogênea. Como não conseguiu atingir o objetivo diretamente, recorreu a lâmpadas e prismas.
Descoberta das linhas escuras de absorção Em 1814, Fraunhofer já havia inventado o espectroscópio moderno. Durante seus experimentos, descobriu uma linha fixa brilhante que surge na região laranja do espectro quando este é produzido pela luz do fogo. Essa linha permitiu que ele determinasse depois o poder absoluto de refração em diferentes substâncias. Experimentos para verificar se o espectro solar continha a mesma linha brilhante na região laranja observada na luz do fogo levaram-no à descoberta de 574 linhas fixas escuras no espectro solar. Milhões dessas linhas fixas de absorção são conhecidas.Ver:Joseph Fraunhofer (1814–1815), "Bestimmung des Brechungs- und Farbenzerstreuungs–Vermögens verschiedener Glasarten, in Bezug auf die Vervollkommnung achromatischer Fernröhre" ("Determinação do poder de refração e de dispersão cromática de diferentes tipos de vidro, em relação ao aperfeiçoamento dos telescópios acromáticos"), Denkschriften der Königlichen Akademie der Wissenschaften zu München, 5: 193–226, especialmente pp. 202–205 e a prancha dobrada II após a p. 226. Na cópia do zobodat.at, porém, as pranchas I e II estão desdobradas, mostrando integralmente as figuras 1 a 6.Republicado, com resultados e notas adicionais, em: Joseph Fraunhofer (1817), "Bestimmung des Brechungs- und des Farben-Zerstreuungs – Vermögens verschiedener Glasarten, in Bezug auf die Vervollkommnung achromatischer Fernröhre" (arquivado em 10 de outubro de 2016) ("Determinação do poder de refração e de dispersão cromática de diferentes tipos de vidro, em relação ao aperfeiçoamento dos telescópios acromáticos"), Annalen der Physik, 56: 264–313, especialmente pp. 278–286.
Prosseguindo a investigação, Fraunhofer detectou linhas escuras também nos espectros de algumas estrelas brilhantes, mas dispostas de modo um pouco diferente. Ele descartou a possibilidade de que as linhas fossem produzidas durante a passagem da luz pela Atmosfera da Terra. Se esse fosse o caso, elas não surgiriam em disposições diferentes. Concluiu que as linhas tinham origem na natureza das estrelas e do Sol e continham informações sobre a fonte luminosa, independentemente de sua distância. Verificou que os espectros de Sirius e de outras estrelas de primeira magnitude diferiam do espectro solar e uns dos outros e, com essas observações, iniciou a espectroscopia estelar.Fraunhofer (1814–1815), pp. 220–221 (arquivado em 10 de março de 2024): Original: Ich habe auch mit derselben Vorrichtung Versuche mit dem Lichte einiger Fixsterne erster Grösse gemachte. Da aber das Licht dieser Sterne noch vielmal schwächer ist, als das der Venus, so ist natürlich auch die Helligkeit des Farbenbildes vielmal geringer. Demohngeachtet habe ich, ohne Täuschung, im Farbenbilde vom Lichte des Sirius drey breite Streifen gesehen, die mit jenen vom Sonnenlichte keine Aehnlichkeit zu haben scheinen; einer dieser Streifen ist im Grünen, und zwey im Blauen. Auch im Farbenbilde vom Lichte anderer Fixsterne erster Grösse erkennt man Streifen; doch scheinen diese Sterne, in Beziehung auf die Streifen, unter sich verschieden zu seyn. Tradução: Com o mesmo dispositivo [isto é, o espectroscópio], também fiz algumas experiências com a luz de algumas estrelas de primeira magnitude. Como a luz dessas estrelas é muitas vezes mais fraca que a de Vênus, naturalmente o brilho do espectro também é muitas vezes menor. Apesar disso, vi, sem qualquer ilusão, três faixas largas no espectro de Sirius, que não parecem ter semelhança com as da luz solar. Uma dessas faixas está no verde e duas no azul. Também no espectro da luz de outras estrelas fixas de primeira magnitude observam-se faixas. Contudo, quanto a essas faixas, as estrelas parecem diferir entre si.
Em 1859, Kirchhoff e Bunsen explicaram que a maior parte dessas linhas escuras fixas era formada por linhas de absorção atômica,Ver:Gustav Kirchhoff (1859), "Ueber die Fraunhofer'schen Linien" ("Sobre as linhas de Fraunhofer"), Monatsbericht der Königlichen Preussische Akademie der Wissenschaften zu Berlin, pp. 662–665.Gustav Kirchhoff (1859), "Ueber das Sonnenspektrum" ("Sobre o espectro solar"), Verhandlungen des naturhistorisch-medizinischen Vereins zu Heidelberg, 1 (7): 251–255. enquanto as restantes foram identificadas como linhas telúricas, causadas pela absorção por moléculas de oxigênio na Atmosfera da Terra. Essas linhas ainda são chamadas de linhas de Fraunhofer em sua homenagem. Sua descoberta foi muito além da cerca de meia dúzia de divisões aparentes do espectro solar observadas anteriormente por Wollaston em 1802.William Hyde Wollaston (1802), "A method of examining refractive and dispersive powers, by prismatic reflection," (arquivado em 19 de março de 2016), Philosophical Transactions of the Royal Society, 92: 365–380, especialmente p. 378.
Invenção de instrumentos ópticos miniatura|upright|Telescópio refrator com abertura de cerca de 23 cm com o qual Netuno foi descoberto Fraunhofer também desenvolveu uma rede de difração em 1821, depois que James Gregory descobriu o fenômeno da rede de difração e que o astrônomo norte-americano David Rittenhouse inventou a primeira rede de difração produzida artificialmente, em 1785.Ver:Fraunhofer, Jos. (1821), "Neue Modifikation des Lichtes durch gegenseitige Einwirkung und Beugung der Strahlen, und Gesetze derselben" ("Nova modificação da luz pela ação mútua e pela difração dos raios luminosos, e suas leis"), Denkschriften der Königlichen Akademie der Wissenschaften zu München, 8: 3–76.Fraunhofer, Jos. (1823), "Kurzer Bericht von den Resultaten neuerer Versuche über die Gesetze des Lichtes, und die Theorie derselben" (arquivado em 16 de fevereiro de 2016) ("Breve relato dos resultados de novos experimentos sobre as leis da luz e sua teoria"), Annalen der Physik, 74 (8): 337–378. Foi o primeiro a usar uma rede de difração para obter espectros de linhas e também o primeiro a medir os comprimentos de onda de linhas espectrais com uma rede de difração.
Sua principal paixão, porém, continuava sendo a óptica prática. Certa vez escreveu: "Em todos os meus experimentos, por falta de tempo, só pude prestar atenção aos assuntos que pareciam ter relação com a óptica prática".Prismatic and Diffraction Spectra: Memoirs (1899), tradução e edição de J. S. Ames, p. 10.
Telescópios e instrumentos ópticos
miniatura|Opere, 1888