در سال 1814 میلادی فرانهوفر، با مشاهدهٔ دقیق طیف خورشید، خط های تاریک نازکی را در آن کشف کرد.
این تجربه نشان می داد در تابشی که از خورشید گسیل می شود و به زمین می رسد بعضی از طول موج ها وجود ندارند. که آنها ناشی از جذب طول موج های مربوط به این خط ها توسط گازهای جو خورشید است. خط های دیگر به سبب جذب نور در گازهای جو زمین پدید می آیند.
طبق این آزمایش باریکهٔ نور سفید قبل از عبور از منشور، از گاز کم فشارهیدروژن می گذرد. با انجام این آزمایش پی می بریم یک طیف پیوسته (مشابه طیف رنگین کمان) با خط هایی تاریک درون آن مشاهده می شود که در آن بعضی از طول موج ها از نور سفید جذب شده اند.
پس از مدتی این آزملیش برای گازهای عناصر مختلف انجام شد و نشان می داد که اگر نور سفید از داخل گاز عنصرى عبور کند و سپس طیف آن تشکیل شود، در طیف آن، خط هاى تاریکى ظاهر مى شود. این خط ها (طول موج ها) توسط اتم هاى گاز عنصر جذب شده اند. طیف گسیلی و طیف جذبی گاز هیدروژن اتمی را در کناریکدیگر نشان می دهد. مطالعه و مقایسهٔ این دو طیف و همچنین طیف هاى گسیلى و جذبى عنصرهاى مختلف نشان مى دهد که:
- هم در طیف گسیلى و هم در طیف جذبى اتم های گاز هر عنصر، طول موج هاى معیّنى وجود دارد که از مشخصه های آن عنصر است. یعنى طیف گسیلى و طیف جذبى هیچ دو گازی همانند یکدیگر نیست.
- اتم های هر گاز دقیقاً همان طول موج هایى را از نور سفید جذب مى کنند که اگر دماى آنها به اندازهٔ کافى بالا رود و یا به هر صورت دیگر برانگیخته شوند، آنها را تابش مى کنند.
سوال اینجا بود که چرا هر عنصر تنها طول موج هاى خاصى را که مشخصهٔ آن عنصر است جذب یا گسیل مى کند؟
خط های گوناگون در طیف گسیلی گاز هیدروژن اتمی وقتی به وجود می آیند که الکترون های اتم های هیدروژن، که به هر دلیلی برانگیخته شده اند، از تراز انرژی بالاتر به تراز انرژی پایین تر جهش کنند و فوتون هایی را گسیل کنند.(شکل الف)
همچنین الکترون ها می توانند در جهت عکس گذار کنند، یعنی در فرایندی که جذب فوتون خوانده می شود از ترازهای انرژی پایین تر به ترازهای انرژی بالاتر بروند. در این حالت، اتم، فوتونی را که دقیقاً انرژی لازم برای گذار را دارد جذب می کند. (شکل ب)
بدین ترتیب الکترونها با گسیل یا جذب فوتون می توانند از تراز بالاتر به پایینتر یا برعکس منتقل شوند.
درنتیجه خط های تاریک، طول موج هایی را مشخص می کنند که با فرایند جذب فوتون برداشته شده اند.
