28. Na dlouhých vlnách
Lidský zrak je asi nejdůležitějším smyslem, který člověk má. Po miliony roků se vyvíjel a přizpůsoboval okolnímu prostředí. Není proto náhodou, že vnímáme právě viditelné světlo, které prochází velmi dobře naší atmosférou. Kdybychom žili na jiné planetě pod atmosférou s jiným složením, vnímali bychom jinou část elektromagnetického vlnění. Ano, slyšeli jste dobře, elektromagnetického vlnění. Světlo je jedním z mnoha druhů elektromagnetického vlnění.
To, že světlo má své neviditelné sourozence, se lidé poprvé dozvěděli v roce 1800, kdy anglický astronom William Herschel zkoumal sluneční paprsky. Za pomoci hranolu je rozložil na jednotlivé barvy a do cesty jim vkládal teploměr. Ke svému údivu zjistil, že teploměr naměřil nejvyšší teplotu až za červenou barvou – v oblasti, kde již žádné světlo nesvítilo. Objevil tak infračervené záření, které přichází ze Slunce, částečně projde naší atmosférou, ale není viditelné lidským zrakem.
V roce 1872 předpověděl skotský fyzik James Clerk Maxwell, že světlo je součástí mnohem rozsáhlejšího komplexu vln – elektromagnetických vlnění. Experimentální důkaz podal německý fyzik Heinrich Hertz až v roce 1887, kdy uskutečnil první bezdrátový přenos signálu. K vytvoření elektromagnetických vln použil obří cívku a jiskřiště. Tento experiment znamenal první krok k ovládnutí vln s delší vlnovou délkou, než má světlo.
Naše atmosféra plně propouští jen dvě oblasti spektra. První okno tvoří světelné vlny délky od 350 do 750 nanometrů. Druhé okno leží v oblasti mikrovln a rádiových vln, atmosféra je zde průhledná přibližně pro vlny délky od 1 cm do 10 m. To jsou naše jediná dvě okna do vesmíru. Proto se v pozemských podmínkách vyvinula jen optická astronomie a radioastronomie. Pokud se chceme podívat do vesmíru v jiných částech spektra, musíme přístroje vynést za hranice zemské atmosféry. S elektromagnetickými vlnami nejrůznějších vlnových délek se setkáváme i u nás na Zemi a často je umíme šikovně využít. Udělejme si dnes krátkou procházku mezi vlnami, které najdeme za červeným koncem viditelného spektra.
Hned za červenou barvou navazuje infračervené záření, které má vlnovou délku v rozsahu od 3/4 μm do 0,4 mm. Jen pro představu, typickými útvary s touto velikostí jsou například prvoci. Infračervené záření vyzařuje každý tepelný zdroj, který máme v domácnosti. Využíváme ho v infrazářičích, v infralampách, při infraterapii, v dálkových ovladačích, v termovizi, v čidlech na zloděje, v dálkových teploměrech nebo při dálkovém průzkumu Země. V astronomii se využívá infračervené záření k výzkumu meziplanetární hmoty, planetárních atmosfér, plynu a prachu v galaxiích, hnědých trpaslíků, červených veleobrů, exoplanet, protoplanetárních disků a mlhovin. Infračervené záření prochází zemskou atmosférou jen částečně, a proto jsou nejlepší infračervené observatoře umístěny ve vesmíru.
Ještě delší vlnovou délku mají mikrovlny – od 0,4 mm do 15 cm. Hranice mezi infračervenou a mikrovlnnou oblastí, stejně tak jako hranice mezi mikrovlnnou a rádiovou oblastí, není přesně definována a různí autoři používají různé hodnoty. Mikrovlnným vlnovým délkám odpovídá velikost hmyzu. Typickým příkladem může být mravenec nebo včela. S mikrovlnami se v praxi setkáváme zejména u televizního vysílání, u polohovacího systému GPS nebo při ohřevu potravin v mikrovlnné troubě, která většinou pracuje na vlnové délce 12 cm. Ve vesmíru září v mikrovlnné oblasti reliktní záření z období konce Velkého třesku. Nejintenzivnější je na vlnové délce 1 mm. Tento signál v sobě nese poselství o tom, jak vypadal raný vesmír v období 400 000 let po svém vzniku, v období, kdy právě končil Velký třesk. Dalším zdrojem mikrovlnného záření je plyn a prach v galaxiích, rodící se hvězdy a nejchladnější zákoutí hlubin vesmíru.
Vydejme se nyní na cestu k ještě delším vlnovým délkám. Za mikrovlnami nalezneme rádiové vlny. Jejich vlnové délka je delší než 15 cm, často jsou ale mikrovlny považovány za součást rádiových vln. Tomu odpovídá i název rádiové okno pro oblast vln od 1 cm do 10 m, které procházejí zemskou atmosférou. Toto okno umožnilo vznik radioastronomie, když Karl Jánský v roce 1933 objevil rádiové záření z centra naší Galaxie. Na druhou stranu tímto oknem unikají elektromagnetické signály z naší planety a zaplavují okolní vesmír v podobě mikrovlnné a rádiové bubliny, v jejímž středu se nachází Země. Uniklé signály s sebou nesou mnoho informací o naší společnosti a zejména počátek televizního vysílání se projevil prudkým nárůstem elektromagnetického toku ze Země do vesmíru. Dnes má naše rádiová bublina rozměr přibližně 100 ly a nachází se v ní kolem 1000 hvězd.
K nejznámějším rádiovým vlnám patří vlna neutrálního vodíku s délkou 21 cm. Na této vlně září mlhoviny a chladná zákoutí vesmíru. Na vlnové délce 600 metrů probíhá vysílání záchranného signálu SOS. Vlnová délka 6 000 km odpovídá rozvodné síti o frekvenci 50 Hz. V běžném životě se s rádiovými vlnami setkáme například u rozhlasového vysílání. V astronomii v rádiovém oboru září výtrysky z černých děr, molekulární a prachová mračna i mnoho dalších zdrojů.
Pokud by člověk poznal jen tu část spektra, pro kterou má receptor v podobě lidského oka, byl by značně ochuzen. Naštěstí jsme se naučili využívat infračervené záření, mikrovlny a rádiové vlny nejen v našich technologiích, ale i jako vynikající nástroj pro poznávání okolního vesmíru.