Vidíme neviditelné

---

O existenci rozsáhlé duhy elektromagnetických vln nikdo nepochybuje: televizní vysílání, přihlouplé řeči rádiových moderátorů, chrchlání mobilních telefonů a v některých cestičkách také Internet proudí od zdrojů k přijímačům prostřednictvím rádiových vln. Infračervené fotony přenášejí vaše požadavky z dálkového ovladače k barevné televizi či CD přehrávači. Bez viditelného světla by neexistoval svět kolem nás. Díky ultrafialovému záření získává pokožka bělochů vysněnou křupavě hnědou barvu. A zatímco rentgen důvěrně poznal téměř každý z nás, nepříjemné gama fotony doprovázející nukleární exploze, stejně jako řadu jaderných reakcí vyhledává jenom málokdo. Jenže, co když je to jenom taková habaďúra? Lze existenci alespoň některých druhů neviditelného záření dokázat i s primitivní výbavou nadšeného amatéra? V případě infračerveného a ultrafialového oboru elektromagnetického spektra ano. Základem experimentu totiž není nic jiného než kartónová krabice, skleněný hranol o výšce tak pět, šest centimetrů, nůžky a černá lepící páska.

Úplně na začátku izolepou upevněte do výřezu v boční stěně bedýnky vhodně natočený skleněný hranol tak, aby se na zastíněné dno krabice promítnulo několik centimetrů dlouhé sluneční spektrum. K jeho "zaostření" můžete před hranol umístit několik milimetrů širokou štěrbinu.

 

Infračervené záření
objevil v roce 1800 jeden z nejvýznamnějších astronomů všech dob, Angličan William Herschel. Při studiu tepelných účinků různých částí slunečního světla -- rozloženého skleněným hranolem -- si totiž všimnul, že v modré oblasti vzrostla teplota okolí o dva stupně, v zelené o tři a půl stupně, v červené o sedm stupňů a těsně za červeným okrajem dokonce o devět stupňů Fahrenheita. V dalších experimentech navíc dokázal, že se toto neviditelné záření řídí stejnými zákony lomu a odrazu jako viditelné světlo. Domněnka, že "tepelné" i viditelné paprsky mají stejnou podstatu však byla akceptována až v polovině devatenáctého století.

Herschelův experiment, samozřejmě v mírné modifikaci, můžete snadno zopakovat i vy. V drogerii si kupte běžné lihové teploměry, nejlépe s plastikovou a co nejužší stupnicí, které černou izolepou připevníte k sobě. Konce teploměrů navíc pečlivě načerněte nesmyvatelným fixem -- budou lépe absorbovat dopadající záření.

Nyní teploměry na deset minut ponechejte ve stínu, mimo promítnuté spektrum, a zkontrolujte, zda oba ukazují shodnou teplotu. Jestli ano, umístěte dvojici tak, aby jeden měřil těsně za červeným okrajem slunečního spektra, druhý pak někde uprostřed, třeba kolem žluté barvy. Po celou dobu měření dbejte na správné nastavení -- Slunce se po obloze pohybuje a tak se pomalu přesunuje i promítnuté spektrum.

Po několika minutách zjistíte, že první teploměr -- mimo spektrum -- ukazuje o něco vyšší teplotu než druhý. Jak moc? Rozdíl je závislý na aktuálních podmínkách. Největší dosáhnete za letního dne kolem poledne, kdy je čistý, průzračný vzduch -- tehdy naměříte rozdíl až pět stupňů Celsia. Se zhoršujícími se podmínkami, stejně jako klesající výškou nad obzorem je však experiment stále méně průkaznější. Pokud je Slunce ve výšce 45 stupňů nad obzorem, klesne rozdíl na pouhé dva stupně Celsia.

Ale to je zcela pochopitelné. Vždyť čím větší vrstvou vzduchu se musí sluneční záření prodrat, tím více je zeslabeno. Pokud by bylo Slunce zcela v zenitu, tak se cestou k pozorovateli rozptýlí zhruba 65 procent ultrafialového záření, 35 procent viditelného a 30 procent infračerveného. Pokud se ale ocitne 45 stupňů vysoko, neprojde 78 procent ultrafialového, 45 procent viditelného a 29 procent infračerveného světla. Tak hodinu před západem je krátkovlnná složka zcela zanedbatelná, atmosférou projde méně než jedno procento ultrafialového světla, osm procent viditelného a 26 procent infračerveného. Vedlejším důsledkem těchto údajů jsou rady, kdy se opalovat: v období kolem letního slunovratu, čili v červnu a v červenci, navíc v době od 11 do 15 hodin místního letního času. Anebo odjet na dovolenou někam k rovníku.

Pokud si budete chtít s infračerveným experimentem pohrát, můžete postupně proměřovat jednotlivé barvy, stejně jako testovat různé typy teploměrů (např. digitální). Měnit můžete i šířku promítaného spektra. Praxe však ukazuje, že nejlepší výsledky dosáhnete za výše uvedené sestavy.

Tento pokus má ještě jeden háček: není pravda, že by ultrafialové záření vůbec nehřálo! Skleněný hranol pouze roztahuje kratší vlnové délky na větší kus stínítka, kdežto červené a zejména infračervené záření zůstává mnohem koncentrovanější. Takže zatímco největší jas má sluneční spektrum mezi žlutou a zelenou barvou, odkud skutečně přichází od Slunce nejvíc energie, jeho tepelné účinky jsou v tomto uspořádání maximální až za červeným koncem. Kdybychom však namísto hranolu použili spektrální mřížku, event. vzali v úvahu proměnnou schopnost hranolu lámat světlo různých vlnových délek, pozorovali bychom v infračervené oblasti pokles teploty! Herschelův objev infračerveného záření byl tudíž výsledkem velké náhody.

 

Ultrafialové záření
objevil jenom o rok později německý vědec Johann Wilhelm Ritter. Tento skvělý experimentátor se zabýval především studiem galvanismu. Sestavil řadu elektrických článků, jako jeden z prvních elektrolýzou rozkládal vodu na kyslík a vodík, objevil elektrolytické pokovování... Coby zastánce romantismu a přírodních věd věřil v polaritu všech jevů, takže po Herschelově objevu "tepelných paprsků" hledal podobný jev za modrým koncem spektra.

Důkazem se mu nakonec stal chlorid stříbrný, který se pod vlivem slunečního světla rozkládal na chlor a tmavé stříbro. Johann Ritter jednoduše sledoval zčernání chloridu stříbrného (AgCl) v různých částech slunečního spektra rozloženého skleněným hranolem a v roce 1801 zjistil, že nejrychleji reakce proběhne až za modrým koncem, kde není očima nic viditelné. Nové záření se původně označovalo jako "chemické", dnes se o něm mluví jako o ultrafialovém (tj. za fialovou).

Zkontrolovat Ritterův objev není opět nijak náročné, i když vyžaduje trochu chemie. Budete totiž potřebovat asi pět gramů dusičnanu stříbrného (AgN3), destilovanou vodu, kuchyňskou sůl (NaCl), kádinku, větší injekční stříkačku a pracovní rukavice. Na dusičnan stříbrný narazíte v některém ze specializovaných obchodů s chemikáliemi, ve středoškolských kabinetech a byl také součástí známého léku na bradavice Lapis (tyčinku stačí rozdrtit). Ten se ovšem už několik roků nevyrábí.

Dusičnan stříbrný dobře rozpusťte ve dvou decilitrech destilované vody. Poté si připravte nasycený roztok kuchyňské soli (na decilitr vody tak 4 až 5 kávových lžic soli), který injekční stříkačkou pomalu přelijte do roztoku. Nebezpečí vám prakticky žádné nehrozí, přesto však pracujte stále v rukavicích a buďte náležitě obezřetní!

Po smíšení obou roztoků se vám na dně kádinky objeví bílá sraženina, která na slunečním světle během několika málo minut zčerná -- chlorid stříbrný. Je tudíž vhodné celou přípravu provádět ve fotokomoře za rozptýleného červeného osvětlení.

Pomocí papírového filtru, například z kávovaru, dostaňte sraženinu bílého chloridu stříbrného ven z roztoku, jako tenké "blátíčko" naneste na savý papír a ten vzápětí vložte pod sluneční spektrum promítnuté stejným způsobem jako při hledání infračerveného záření. Budete-li pokus provádět pod širým nebem, musíte krabici ze všech stran uzavřít (třeba černou neprůhlednou látkou). Zemská atmosféra totiž ultrafialové fotony úspěšně rozptyluje, takže tohle záření, které rozkládá chlorid stříbrný, přichází i z jiných směrů než skrz hranol. Experiment by tak zcela znehodnotilo.

Váš postup může být zhruba následující: nastavte si papírovou krabici s hranolem tak, aby jste měli připravené pěkné spektrum. Potom si ve fotokomoře nebo jakékoli jiné temné místnosti vyrobte chlorid stříbrný, který naneste na několik centimetrů dlouhý papírek. Ten v malé, papírové krabičce doneste k hranolu, umístěte do spektra a zakryjte temnou látkou tak, aby světlo na sraženinu dopadalo pouze skrz hranol. (Na druhou stranu ale nemusíte být nijak extrémně důkladní, přes odkrytý bok krabice stačí zatemnění pouze přehodit. Malé škvíry příliš vadit nebudou.) Po několika minutách látku odkryjte a pozorně si prohlédněte vrstvu chloridu stříbrného. Původně bílá sraženina získala za modrým koncem slunečního spektra nápadně šedé zabarvení. Ultrafialové záření skutečně existuje!