Barvy duhy I.

---

Opatřil jsem si trojboký hranol, abych jím studoval slavný "barevný fenomén". K tomu účelu jsem svůj pokoj zatemnil a ponechal v okenicích jen malou štěrbinku, takovou, aby propouštěla vhodné množství slunečního světla. Umístil jsem hranol paprsku do cesty tak, aby paprsek poté zamířil na protější stěnu. Zpočátku to bylo pouhé milé rozptýlení, takto spatřit živé, jasné barvy, které tímto způsobem vznikaly. Po určité době jsem se však soustředil, abych se na věc zahleděl z větší šíře a hloubky. Překvapilo mne, že barevné skvrny mají protáhlý tvar, ačkoliv měly míti, alespoň podle přijatých zákonů refrakce, tvar okrouhlý.

Tehdy jsem pochopil... že světlo při jednom okraji obrazce jeví větší účin refrakce nežli na okraji opačném, a došel jsem k pravdivé podstatě délky obrazce, spočívající na skutečnosti, že se světlo skládá z paprsků o různé lomivosti, a že tyto, bez ohledu na rozdílnost svého dopadu, se odrážejí podle své lomivosti na různá místa na zdi.

Popis Isaaca Newtona, kterak si poprvé uvědomil složení bílého světla z různých barev.

 

 

Spektrum části či celého oboru elektromagnetického záření je pro hvězdáře bez debat nejdůležitějším zdrojem informací o vlastnostech vesmírných objektů. Podle jeho vzhledu lze totiž odhadnout povrchovou teplotu, zastoupení jednotlivých prvků, intenzitu magnetického pole, existenci plynné obálky, rychlost vzdalování, rotaci, přítomnost neviditelných průvodců a mnoho dalších, neméně zajímavých faktů.

Pokud bychom se omezili jenom na viditelné světlo, pak máme hned dvě možnosti, jak tuto část elektromagnetického spektra rozdělit podle vlnových délek: hranolem -- tak jako to udělal ve druhé polovině sedmnáctého století Newton -- nebo mřížkou. Každý způsob má své pro i proti, v praxi se ale používá především mřížka -- destička s rovnoběžnými vrypy.

Většina laboratorních mřížek (s pěti sty až tisícovkou vrypů na jeden milimetr) je průchozí a spektrum vytváří až za sebou, v některých výjimečných případech se však využívá i odraz (tzv. reflexe).

Od takové mřížky se přitom světlo vlnové délky l odráží jen v určitých směrech. Je-li a úhel dopadu, b, úhel odrazu, d mřížková konstanta (vzdálenost mezi sousedními dvěma vrypy) a m tzv. řád maxima (0, 1, 2, 3 atd), platí jednoduchá rovnice

d.(sin b - sin a) = m.l.

(Mřížková konstanta, tzv. perioda mřížky má v případě CD disku hodnotu kolem 1,6 mikrometru.)

V nultém řádu (m = 0) úhel odrazu nezáleží na vlnové délce a my vidíme "jenom" obraz původního zdroje. Platí tedy známý zákon odrazu. V dalších řádech (m = 1, 2 ...) ale na vlnové délce již záleží a původně bílé světlo se rozprskne podle vlnových délek -- vznikne spektrum.

Možná vás to překvapí, ale jednoduchý spektroskop, který je založen na lomu světla soustavou vrypů, vlastní téměř každý z nás. Skrývá se totiž za obyčejným kompaktním diskem, tedy cédéčkem nebo dévédéčkem, na kterém jsou písničky, resp. počítačová data zaznamenány v podobě bodů nebo čárek umístěných v dlouhé, úzce semknuté spirále. Jednotlivé řádky jsou tak blízko sebe, že CD u jasných zdrojů světla funguje jako docela slušná difrakční mřížka. Nevěříte?

Nejdříve ze všeho si někde sežeňte čisté a nepoškrábané CD, nejlépe hudební se stříbrným povrchem. Nahrávka by měla být dlouhá alespoň sedmdesát minut, aby využila plnou kapacitu média. Ještě lepší výsledky pak dosáhnete s DVD diskem, který má dvojnásobnou hustotu zápisu dat.

No a pak už se večer postavte dejme tomu deset metrů od osamocené pouliční lampy, vezměte cédéčko a nastavte ho tak, abyste v něm viděli obraz výbojky -- "spektrum" prvního řádu. Nyní disk pomalu naklánějte směrem k sobě, až se obraz výbojky dostane za horní okraj. V dolní polovině cédéčka se v té chvíli objeví řada barevných oblouků -- spektrum lampy prvního řádu.

Na rozdíl od žárovek, které svítí ve všech oborech viditelného světla, takové spektrum nejspíš nebude spojité, nýbrž v některých odstínech výrazně nápadnější, v jiných méně a některé barvy budou dokonce úplně chybět. To proto, že výbojky, které se dnes nejčastěji instalují v pouličních lampách, nezáří na všech vlnových délkách, nýbrž pouze v tzv. emisních čárách. Obzvlášť názorný je pohled na různé neonové nápisy, které v cédéčku uvidíte několikrát v různých barvách. Nejen v té, ve které svítí při pohledu bez mřížky (viz přiložený snímek).

Drobným "kazem" na kráse je nízká rozlišovací schopnost -- proto jsou zřetelné jenom ty nejjasnější čáry. Sledované objekty jsou totiž úhlově příliš veliké: čím jste blíž, tím je spektrum jasnější, ale i rozmazanější. Velkou vadou jsou i "mléčné" kryty, které doplňují většinu pouličních lamp. Jejich spektrum je neostré a hodně nevýrazné (viz snímek).

Naopak velmi názorné jsou čáry u rovných tenkých zářivek nebo výbojek s krytem z čirého skla. V takovém případě můžete s cédéčkem při troše umu pozorovat i slabší spektrum druhého a částečně i třetího řádu. Okrajové části se však budou překrývat a pohled to nebude tak hezký.

Zajímavé jsou i pokusy s počítačovými monitory, resp. jejich třemi luminofory (červeným, zeleným a modrým). Stačí si sehnat jednoduchý obrazový editor, který umí "fullscreen", vytvořit na černé obrazovce čáru příslušné barvy a na ni se podívat "skrz" cédéčko. Nezbytné je však použít "čistou" barvu, tedy třeba červenou v hodnotách RGB 255, 0, 0. Zkušenosti ukazují, že se tak dají provádět nejrůznější kouzla, například s čárou po třetinách ze tří barev apod.

Jednoduše řečeno: brzo zjistíte, že existuje několik principiálně rozdílných zdrojů světla: žárovky se spojitým spektrem bez jakýchkoli emisních čar, bílé rtuťové a žluté sodíkové výbojky, zářivky a neónové nápisy. Při toulkách nočními ulicemi před vámi budou defilovat nejrůznější odstíny duhy a vy získáte pověst výstředného podivína, který se zastavuje pod každým kandelábrem a cosi divného sleduje ve stříbrném tácku.