Barvy duhy II.

---

V místnosti se zavřenými okenicemi jsem dovolil slunečnímu světlu projít skrz škvíru širokou asi 15 minut a vysokou asi 36 minut, odkud směřovalo k hranolu z olovnatého skla, upevněném na teodolitu... Teodolit byl 24 stop od okna a stěny hranolu svíraly úhel 60 stupňů... Chtěl jsem si totiž ověřit, zda je barevný obraz slunečního světla (tj. spektrum) shodný s obrazem světla obyčejné lampy. Místo toho jsem ale zjistil, že v dalekohledu je téměř nesčetné množství nápadných slabých vertikálních čar, které byly tmavší než zbývající části barevného obrazu. Některé z nich byly dokonce zcela černé.

Joseph Fraunhofer, první z přednášek před Mnichovskou akademií věd v roce 1814 a 1815.

 

Každé obyčejné cédéčko nebo dévédéčko se trápí s příliš velikou úhlovou velikostí pozorovaných zdrojů světla. Proto jsou v něm zřetelné jenom nejvýraznější čáry a i ty bývají značně rozmazané. Tento problém odstraníte velmi jednoduchým grifem, kdy mezi zdroj a mřížku (tedy CD disk) umístíte úzkou štěrbinu, která se stane oním kýženým, dostatečně úzkým "zdrojem" světla.

Konstrukce takového udělátka je více než jednoduchá. Potřebovat budete pouze krabičku od zubní pasty, nepoužívané hudební CD, novou žiletku, lepící pásku a nůžky. Nevěříte?

Z cédéčka pomocí pilky nebo ostrého horkého nože (event. nůžkami na plech) vyřízněte malou výseč -- s maximální šířkou na vnějším okraji o něco větší, než je šířka krabičky. Na čele krabičky vytvořte obdélníkový otvor, do kterého umístěte podélně rozlomenou žiletku, ostrými břity k sobě s minimální mezerou. Vznikne tak velmi úzká štěrbina.

Jelikož se pozorovatelům osvědčily různě široké výměnné štěrbiny, bude nejvýhodnější, když žiletky připevníte na papírovou "čepičku", kterou nasunete na krabičku. Jenom desetinu milimetru úzká clona se pak používá pro Slunce a velmi jasná, blízká svítidla, širší štěrbina kolem jednoho milimetru je zase vhodná pro slabší a vzdálenější lampy.

Na opačném konci krabičky shora vystřihněte další, větší, otvor na koukání a dovnitř lepící páskou nebo pomocí proříznutých škvírek upevněte kus cédéčka tak, aby jeho původní okraj směřoval pryč od štěrbiny a vůči dnu krabičky svíral zhruba úhel třicet stupňů. Optimální nastavení zjistíte sami, po chvíli experimentování. Ve výsledku by se měla konstrukce podobat spektroskopu na obrázku (pro fotografování byla samozřejmě odstraněna boční stěna).

Neméně důležité je, abyste zabránili vstupu světla do krabičky jinou cestou, než zhotovenou štěrbinou. Proto pečlivě, třeba černou lepící páskou, zakryjte všechny otvory (až na ten, který se budete dívat, a samozřejmě štěrbinu) a docela výhodné je i zevnitř vyčernit všechny stěny.

Pokud máte spektroskop hotový, nezbývá než přiložit oko těsně k cédéčku, zaostřit na "nekonečno", vhodným směrem namířit krabičku a vychutnat si všechen ten duhový svět. Budete zírat!

 

Jelikož si nejspíš spektroskop vyrobíte někdy během dne, bude vašim prvním cílem Slunce. V takovém případě doporučujeme přikrýt se černou látkou, ze které bude vykukovat pouze štěrbina spektroskopu. Váš zrak adaptovaný na tmu zahlédne více jemných detailů. Navíc se docela osvědčila jakási jednoduchá "rosnice před objektivem", která brání vstupu světla do štěrbiny z boku.

Pohled přímo na Slunce příliš vhodný není, ale když spektroskop nasměrujete pár stupňů bokem, rozvine se před vámi nádherná spojitá duha s ohromujícím množstvím tenkých černých linek táhnoucích se rovnoběžně s předěly jednotlivých barev -- stejně jako je orientovaná žiletková štěrbina. Jde o tzv. absorpční čáry, které jsou důkazem přítomnosti různých prvků ve sluneční atmosféře. (Pokud vidíte temné čáry, které se táhnou napříč barvami, jde o prachové částice na štěrbině.)

Některé absorpční čáry jsou zachyceny i na přiloženém snímku (nahoře) -- ten je však slabým odvarem skutečnosti. V reálu jsou barvy mnohem sytější, jednotlivé tenké čáry ostřejší a je jich také patrných mnohem víc. Kromě toho můžete pozorovat i kratší vlnové délky v modré a fialové oblasti. Tmavá spektrální čára nám prozrazuje, že na této vlnové délce od Slunce přichází méně světla.

 

Na spojitém barevném pozadí můžete v případě Slunce zahlédnout skutečně velké množství absorpčních čar. Některé jsou nápadné ve spektru "prvního řádu", jiné ve "druhém řádu", u těch na obou koncích spektra je nezbytné namířit spektroskop přímo na Slunce.

Většina tenkých absorpčních čar pochází od atomů železa, patrné jsou ale i další prvky. Na slabém fialovém okraji může být dvojice čar vápníku H a K (mimo snímek spektra Slunce), v zelené jsou stopy po horkých párách hořčíku, v oranžové oblasti spektra zase sodíková dvojčára (pokud máte spektroskop stejně jako zrak dobře zkonstruovaný, pak může být vidět i jako dvojitá!).

Na červeném konci slunečního spektra narazíte na několik absorpčních pásů molekulárního kyslíku, které vznikají až po průchodu světla zemskou atmosférou. Stejný původ má i změt čar vodní páry v nejčervenějším úseku. Tyto jevy jsou obzvlášť nápadné když Slunce zapadá a světlo musí projít tlustší vrstvou vzdušného obalu Země. Ostatně v té době se Slunce jako takové obecně pozoruje mnohem snáz.

Sluneční světlo jako první na barvy, tedy podle vlnových délek, rozložil ve druhé polovině sedmnáctého století Isaac Newton. Stačilo otvor ve ztemnělé místnosti nahradit štěrbinou. Všechny ostatní spektroskopy pak už "jenom" zdokonalovaly jemnost rozlišení stále užšími štěrbinami a důmyslnějšími optickými soustavami. Toho, že na určitých místech slunečního spektra chybí barvy, si zřejmě jako první všimnul Angličan William Wollaston v roce 1802. Několik nápadných čar interpretoval je jako hranice mezi osmi "přirozenými" barvami spektra.

"Pustíme-li do temné místnosti paprsek denního světla štěrbinou širokou 1/20 palce a budeme-li ji sledovat ze vzdálenosti 10 až 12 stop skrz hranol z olovnatého skla prostého žilek a bublinek drženého těsně u oka, rozpadne se na čtyři po sobě jdoucí barvy: červenou, žlutozelenou, modrou a fialovou... Čára A, která ohraničuje červený okraj spektra, se zdá značně nejasná... Čára B, mezi červenou a zelenou, je v daném místě velmi zřetelná: stejně tak D a E, dvě hranice fialové. Avšak C, hranice mezi zelenou a modrou, už výrazná není. Navíc se zde nachází dvě zřetelné čáry, f a g, které lze při nevhodně uspořádaném experimentu mylně považovat za hranice mezi barvami." Uvedl Wollaston doslova.

Absorpční čáry nezávisle objevil a především systematicky studoval o dvanáct roků později Joseph Fraunhofer (1787-1826), který se v Mnichově zabýval zdokonalováním optického skla nezbytného pro vojenské přístroje. Z různých vzorků proto brousil skleněné hranoly a jejich kvalitu ověřoval na vzhledu spektra sledovaného jednoduchým dalekohledem. S přístroji vlastní výroby nakonec zahlédl téměř šest stovek absorpčních čar, z nichž deset nejvýraznějších označil písmeny A, a, B, C, D, E, b, F, G a H. Například o tzv. Ha v červené oblasti spektra (je vidět i na snímku), která přísluší vodíku, se dodnes v odborné literatuře píše jako o "C".

Zatímco Slunce Fraunhofer studoval spektroskopem vybaveným dalekohledem z teodolitu o průměru objektivu 25 milimetrů, když o pár roků později zamířil na nejjasnější hvězdy, měl k dispozici také čtyřikrát větší přístroj. Zatímco u Síria či Castora objevil jen tři nápadné čáry, u Capelly či Betelgeuze narazil na řadu dalších detailů. "Spektrum Betelgeuze (a Orionis) obsahuje nespočet nehybných čar, které jsou za klidné atmosféry jasně definované. Ačkoli už na první pohled nejeví žádnou shodu se spektrem Venuše, podařilo se u této stálice objevit čáry na přesně stejném místě, jako u slunečního světla D a b." Bohužel jeho studie roku 1826 předčasně ukončila tuberkulóza. Joseph Franuhofer, zakladatel stelární a planetární spektroskopie, i tak o více než půl století předběhl dobu.

Od této chvíle bylo pomocí fotografických komor i citlivé elektroniky ve slunečním spektru identifikováno na třicet tisíc čar prakticky všech chemických prvků. Každý z nich má svůj vlastní, zcela specifický, systém čar. Podobně jako otisky lidských prstů.

 

S naším jednoduchým spektroskopem jsou samozřejmě velmi pohledné i nejrůznější pouliční lampy. Zatímco ty se žárovkou neukáží nic jiného než barevnou duhu bez jakýchkoli detailů (tento světelný zdroj totiž svítí v celém oboru viditelného spektra), všechny ostatní se rozprsknou v řadu emisních čar (jsou na rozdíl od temných absorpčních světlé). Ty mají opět na svědomí zářící plyny nejrůznějších, často velmi exotických, prvků vyplňujících výbojku nebo zářivku. Jejich identifikace je proto mnohem obtížnější, bez kvalitních podkladů dokonce prakticky nemožná. I tak to ale bude prohlídka naprosto úžasná. Přesvědčete se sami!