8. Beobachtungen über Absorption

und Emission von Wasserdampf und Kohlensäure im ultrarothen Spectrum;

von H. Rubens und E. Aschkinass.

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Aus den Untersuchungen von Hrn. Langley 1) geht hervor, dass die Energie in dem ultrarothen Sonnenspectrum von der Wellenlänge 2 2,7 u an sehr rasch abnimmt, und dass jenseits der Grenze 25 μ nur noch an einigen Stellen messbare Energiewerthe vorkommen. Die Ursache dieses im Verhältniss zu irdischen Lichtquellen ausserordentlich starken Energieabfalls erblickte Langley in der Absorption der Erdatmosphäre. Diese Vermuthung ist, soweit sie nicht durch Hrn. Langley's eigene Versuche bereits begründet war, durch die Untersuchungen der Herren Ångström2) und Paschen 3) vollkommen bestätigt worden. Es besteht hiernach kein Zweifel darüber, dass der Wasserdampf und die Kohlensäure in den in Frage kommenden Spectralgebieten ein sehr starkes Absorptionsvermögen besitzen und dass der Gehalt unserer Atmosphäre an diesen Gasen völlig ausreicht, um die Intensität der Sonnenstrahlen an den meisten Stellen praktisch auf Null herabzusetzen.

Vor kurzem hat nun der eine von uns in Gemeinschaft mit Hrn. E. F. Nichols) nachgewiesen, dass ein ziemlich homogener Strahlencomplex von einer mittleren Wellenlänge von 24,4 u, der sich durch mehrfache Reflexion an Flussspathflächen aus der Gesammtemission einer Strahlungsquelle aussondern lässt, eine sehr geringe Absorption durch Wasserdampf und Kohlensäure erfährt. Es schien hiernach nicht ausgeschlossen, dass sich jenseits des oben genannten intensiven Absorptionsgebietes dieser Gase das Vorhandensein jener

1) Langley, Phil. Mag. (5) 26. p. 505. 1888.

2) Angström, Bihang Till K. Svenska Vet. Akad. Handlingar 15. Afd. 1. Nr. 9. 1889.

3) Paschen, Wied. Ann. 53. p. 341. 1894.

4) H. Rubens und E. F. Nichols, Wied. Ann. 60. p. 418. 1897.

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Strahlen von 24 μ Wellenlänge im Sonnenspectrum würde nachweisen lassen. Dass älteren Beobachtern die Auffindung derselben im Sonnenspectrum nicht gelungen ist, findet bereits eine ausreichende Begründung in der Thatsache, dass diese mit Prismen aus Fluorit und Steinsalz arbeiteten, Materialien, durch welche diese Strahlen nicht hindurchgehen.

Zur Beantwortung der Frage über das Vorhandensein der letzteren in der zu uns gelangenden Sonnenstrahlung unternahmen wir folgenden Versuch.

Wir liessen die von dem vorderseitig belegten Spiegel H eines Heliostaten (vgl. Fig. 1) reflectirte Sonnenstrahlung, nachdem sie mittels des Hohlspiegels σ schwach convergent gemacht war, eine viermalige Reflexion an den Flussspathflächen F bis F erleiden. Als Messinstrument diente die von dem einen von

uns construirte lineare Thermosäule 7) in Verbindung mit einem empfindlichen, magneti

gegen

sche Störungen

geschützten Gal

m

Fig. 1.

K

vanometer. Die Empfindlichkeit der Thermosäule, welche bei diesen Versuchen mit einem Conus von 2 qcm Oeffnung versehen war, ist annähernd durch die Thatsache definirt, dass die Strahlung einer Kerze in 2 m Entfernung einen Scalenausschlag von ca. 400 mm verursachte, während noch Bruchtheile eines Millimeters deutlich erkennbar waren. Um Störungen durch Luftströmungen und diffuse Strahlen zu vermeiden, befanden sich der Hohlspiegel sowie die vier Fluoritflächen und die Thermosäule in einem Kasten K, in dem an geeigneten Stellen Scheidewände angebracht waren. Durch Aufziehen eines in dem Strahlengang befindlichen Glasschirmes m mittels Schnurlaufes konnte von dem Beobachter am Galvanometer der Eintritt der Wärmestrahlen in den Kasten bewirkt werden.

1) Eine ausführliche Beschreibung der Thermosäule soll demnächst veröffentlicht werden. (H. Rubens.)

Das Ergebniss des Versuches war ein negatives. Es gelang uns nicht, bei dem Aufziehen des Glasschirmes messbare Ausschläge zu erhalten. Liessen wir dagegen statt der Sonnenstrahlen die durch einen Hohlspiegel parallel gemachten Strahlen eines Zirkonbrenners in den Kasten eintreten, so beobachteten wir einen Galvanometerausschlag von mehr als 200 mm, welcher beim Einschalten einer 5 mm dicken Steinsalzplatte in den Strahlengang vollkommen verschwand, ein Beweis für die richtige Justirung der Flussspathflächen und beträchtliche Empfindlichkeit der Anordnung.

Wir hielten es hiernach für nicht unwahrscheinlich, dass die Reststrahlen des Flussspaths ebenso wie der grösste Theil des bisher untersuchten ultrarothen Spectrums in der Atmosphäre zurückgehalten würden, und es erschien wünschenswerth, zunächst die früheren Versuche über die Absorption von Kohlensäure und Wasserdampf zu wiederholen.

Wir leiteten zu diesem Zwecke durch eine seitliche Oeffnung einen Strom trockener Kohlensäure in den Kasten K. Als Anzeichen der vollendeten Luftverdrängung diente das Erlöschen eines in den Kasten eingeführten brennenden Streichholzes. Auf diese Weise waren die von dem Zirkonbrenner kommenden Strahlen gezwungen eine Kohlensäureschicht von ca. 60 cm Länge zu durchsetzen. Vor die Oeffnung des Conus der Thermosäule war bei diesem Versuche eine luftdicht schliessende Chlorsilberplatte gekittet, sodass die Kohlensäure nicht in das Innere des Gehäuses eindringen konnte. Es ist diese Vorsichtsmaassregel nothwendig, weil andernfalls infolge des geringeren Wärmeleitungsvermögens der Kohlensäure die beobachteten Ausschläge auch ohne Mitwirkung der Absorption geändert werden.

Die von der Thermosäule angezeigte Intensität erwies sich indessen als völlig die gleiche, welche mit Luft erfülltem Kasten beobachtet worden war; von einer Absorption der Wärmestrahlen durch die Kohlensäure war also nichts zu bemerken.

Ebensowenig liess sich eine merkliche absorbirende Wirkung des Wasserdampfes nachweisen, wenn der Versuch in der früher beschriebenen Weise angestellt wurde, d. h. wenn man in den Strahlengang einen Wasserdampfstrahl hineinblies.

Da indessen bei dieser Anordnung nur eine ziemlich ge

ringe Schichtdicke des Dampfes von den Strahlen durchlaufen wird, variirten wir den Versuch in folgender Weise: Vor den Kasten K wurde ein 40 cm langes und 5 cm weites gusseisernes Rohr E derart angebracht, dass die von dem Hohlspiegel s (vgl. Fig. 2) kommenden Strahlen dasselbe in seiner ganzen Länge durchlaufen mussten. Aus einer Kochflasche F konnte nach Belieben durch Erhitzen des darin enthaltenen Wassers Dampf durch das Rohr E hindurchgeleitet werden, während das letztere durch drei Bunsenbrenner constant auf einer Temperatur über 100° erhalten wurde, um eine Condensation des Wasserdampfes innerhalb des Rohres zu vermeiden. Der Fallschirm m befand sich bei diesem Versuch unmittelbar vor dem Zirkon brenner Z, um Fehler, welche durch die Wärmeemission des heissen Rohres entstehen müssten, zu ver

meiden. Die Entfernung von der Mündung des Rohres E bis zur Eintrittsstelle der Strahlen in den Kasten wurde hierbei genügend gross (ca. 25 cm) gewählt, um ein Eindringen des Dampfes in letzteren unmöglich zu machen. Es ist diese Maassnahme schon deshalb von Wichtigkeit, da sonst Condensation des Wasserdampfes an den reflectirenden Flächen eintreten könnte. Wir haben uns durch besondere Versuche davon überzeugt, dass dies hier keineswegs der Fall war.

Es ergab sich nun, dass die Intensität der Reststrahlen des Flussspaths auf 31 Proc. ihres ursprünglichen Betrages geschwächt wurde, sobald das Rohr E mit Wasserdampf gefüllt war. Bei Anwendung einer grösseren Schichtdicke zeigt also der Wasserdampf ein deutlich erkennbares Absorptionsvermögen für diese Strahlen, welches genügend gross ist, um die Erdatmosphäre für dieselben undurchlässig zu machen.

Es lag nach diesem Ergebniss nahe zu untersuchen, ob sich auch eine Emission dieser Strahlen seitens des erhitzten Wasserdampfes nachweisen liesse. Zu diesem Zwecke wurde die Zirkonlampe entfernt und der Schirm m wiederum unmittelbar vor den Kasten K gestellt, im übrigen aber nichts an der bisherigen Anordnung geändert. Wir beobachteten nun folgendes: Wenn das heisse Rohr E mit Luft gefüllt war, so ergab sich beim Aufziehen des Schirmes m ein Ausschlag von 20 mm, der zum allergrössten Theile von der Strahlung des Rohres selbst herrührte. Wurde dann der Dampf hindurchgeleitet, so wuchs der Ausschlag auf 25 mm; wir erbielten also eine deutliche Emission des Wasserdampfes, deren Betrag ziemlich genau durch die Differenz dieser Ausschläge dargestellt wird.

Nach diesem Versuche liess sich erwarten, dass auch das Spectrum des Bunsenbrenners die Reststrahlen des Flussspaths enthalten würde. In der That gab ein gewöhnlicher Dreibrenner, vor die Oeffnung des Kastens K gestellt, Ausschläge von 25 mm. Auch hier wurde durch Einschalten einer 5 mm dicken Steinsalzplatte eine Probe auf die Reinheit der Strahlung angestellt, und es ergab sich, dass letztere von der Steinsalzplatte vollständig absorbirt wurde.

Nachdem wir fernerhin durch einen Versuch festgestellt hatten, dass auch die Reststrahlen des Quarzes in beträchtlicher Intensität in der Strahlung des Bunsenbrenners vorhanden seien, beschlossen wir, eine systematische Untersuchung des spectralen Verlaufes seiner Emission, sowie der Emission und Absorption von Wasserdampf und Kohlensäure gesondert im Bereiche langer Wellen vorzunehmen.

Hrn. Paschen's 1) sorgfältige Messungen über Emission und Absorption dieser Gase beziehen sich auf das Spectralgebiet, welches unmittelbar hinter dem sichtbaren Spectrum beginnt und ungefähr bis zur Wellenlänge 29 u reicht, eine Grenze, welche infolge der Absorption des zur Erzeugung des Spectrums dienenden Fluoritprismas nicht überschritten werden konnte. Unsere Beobachtungen setzen an dieser Stelle ein und erstrecken sich ungefähr bis zur Wellenlänge = 20 μ. 1) F. Paschen, Wied. Ann. 51. p. 1. 1894; 52. p. 209. 1894; 53.

p. 335. 1894.