Неђељко Јекнић

KOLIKO ZAPRAVO NE VIDIMO (II DIO)

Elektromagnetni spektar

Sve do 1800. godine nije bilo poznato da postoji nešto izvan vidljivog spektra koji je bio tema prošlog teksta. Te godine, Vilijem Heršel (čovjek koji je otkrio planetu Uran) je testirao da li različite boje različito zagrijevaju neko tijelo i za to je koristio prizmu kroz koju je propuštao Sunčevo svijetlo.

Пише: Види све колумне

Sa druge strane je postavljao termometre i gledao kako se kreće temperatura, a onda je uslijedilo iznenađenje. Kada je očitavao temperature, umjesto vrhunca u nekoj temperaturi uočio je trend rasta (od ljubičaste ka crvenoj). Zagrijavanje je bilo najveće u crvenoj boji ali je bio očigledno da kriva ne dostiže maksimum tu već nastavlja u tamni region izvan crvene, koji ljudsko oko ne može vidjeti. Ovo je bilo prvo otkriće dijela elektromagnetnog spektra van čovjekovom oku vidljivog, Heršel je otkrio infracrvenu svjetlost.

Godinu dana kasnije, Johan Riter je bio inspirisan otkrićem Heršela i istraživao je da li nešto postoji sa druge strane spektra, iznad ljubičaste boje. Tako je otkrivena i druga “nevidljiva“ svjetlost – ultraljubičasta. 1867. Džejms Klerk Maksvel je pretpostavio da mora postojati i svjetlost sa većim talasnim dužinama od infracrvene.

Dvije decenije kasnije Hajnrih Herc je to dokazao u praksi i proizveo je radio talase u svojoj laboratoriji. Vilhelm Konrad Rendgen 1895. je tokom eksperimentisanja sa vakuum cijevima otkrio novi oblik zračenja koji je nazvao X zračenje i uradio rendgenski snimak ruke na kojem su se jasno vidjele kosti šake. Po njemu je ovaj spektar elektromagnetnog zračenja i dobio ime, iako se danas koriste oba naziva: X ili rendgenski zraci. Bilo je potrebno još 17 godina da naučna zajednica potvrdi da su ovi zraci zaista novi oblik svjetlosti. Slično se desilo i sa gama zracima: 1900. godine je Pol Vilar ih je prvi put primijetio, da bi posle 14 godina Ernest Raderdford zaključio da su slični rendgenskim zracima ali na mnogo kraćim talasnim dužinama.

Danas infracrveno zračenje ima široku primjenu - od naučne i vojne do komercijalne. Infracrvena astronomija najbolje može da prođe kroz prašnjave djelove svemira i da posluži za posmatranje najdaljih i najstarijih zvijezda i galaksija. Teleskop Džejms Veb, perjanica infracrvene astronomije je bila tema jedne od prethodnih kolumni. Infracrvene kamere se koriste za otkrivanje gubitaka toplote, posmatranje promjena protoka krvi u koži, za pomoć prilikom gašenja požara ili detekciju pregrijevanja elektronskih kola.

Vojna primjena je možda i napoznatija: uređaji za noćno osmatranje, infracrveno toplotno navođenje raketa, praćenje mete ili recimo infracrveni mamci za odvraćanje napada protivnika. Vojna industrija troši ogromne količine novca, te stoga i tehnologija najviše napreduje u tom sektoru.

Radio talasi su nižih frekvencija od infracrvenih i predstavljaju grupu elektromagnetnog zračenja koja nam je danas najviše poznata. U prirodi su emitovani prilikom munja ili od strane astronomskih objekata. Vještačko generisanje radiotalasa u zavisnosti od frekvencija, ima široku primjenu: od komunikacija sa podmornicama i podzemnih komunikacija u rudnicima (izuzetno niske frekvencije, ogromne talasne dužine), preko AM i FM radija, televizije i vazduhoplovstva na srednjim i visokim frekvencijama. Mobilna telefonija i internet koriste ultravisoke, mikrotalasne peći i radari supervisoke frekvencije (mikrotalasni dio spektra se ponekad i odvaja od ostatka radio talasa) a ekstremno visoke frekvencije radio signala se javljaju u astronomiji. Radio talasi nisu opasni, ali čovjek nema mogućnost da ih vidi, čak i da ima oči veličine radio teleskopa.

Problem nije samo tehničke već i biološke prirode. Način na koji antena hvata talas je potpuno drugačiji od onoga kako to rade naše oči na molekularnom nivou. Radio astronomija je poslednjih decenija izuzetno napredovala i za razliku od UV, rendgenskih ili gama teleskopa radio teleskopi se nalaze na Zemlji.

Velike radio antene mogu funkcionisati samostalno ili u sistemu od više desetina ili stotina antena koje rade zajedno. Upravo se tri velika radio teleskopa poznata kao DSN (Deep Space Network) raspoređena na jednakim udaljenostima i to u Kaliforniji, Španiji i Australiji i koriste za komunikaciju sa sondama Vojadžer 1 i 2. O kojoj udaljenosti se radi dovoljno govori podatak da radio signal poslat sa Zemlje ka ovim letjelicama putuje skoro cijeli jedan dan i isto toliko se onda čeka na odgovor letjelice. I ta komunikacija i dalje funkcioniše iako su Vojadžeri napustili Zemlju davne 1977. godine.

Na većim frekvencijama a manjim talasnim dužinama u odnosu na vidljivu svjetlost je ultraljubičasti spektar. Ultraljubičasto svijetlo je možda i najpoznatije sa filmova krimi žanra u kojima vidimo lampe koje se koriste prilikom uviđaja. Solarijumi su takođe generatori UV svijetla. Iako je ultraljubičasta nevidljiva, mali dio vidljive svjetlosti koji proizvodi lampa prolazi kroz filtracioni materijal i kao posledicu toga vidimo da je lampa ljubičasta. Ipak, glavni i najveći izvor ovog zračenja je Sunce. UV (ultraviolet) zračenje je dosta visokih frekvencija i kao takvo nosi veliku energiju te može biti opasno za ćelije živog svijeta.

Glavna zaštita za ovo zračenje je ozonski omotač koji sprečava prodor ovih talasa do Zemlje, te srećom po nas ono čini samo 8% ukupnog zračenja sa Sunca koje dobijamo. Kod nas UV indeks koji se daje u prognozi vremena dolazi do nioa 9 ili 10, što znači da je vrijeme izlaganja Suncu za koje će se pojaviti opekotine na koži oko 15 minuta. Čak 95% zračenja prolazi kroz vodu, a do dubine od 3 m stiže 50% ovog zračenja tako da boravak u vodi nije baš zaštita od štetnosti UV zraka. Sa druge strane, sa povećanjem nadmorske visine povećava se i zračenje. Na 1000 visinkih metara intenzitet UV zračenja raste za 6-7%. Za razliku od vode, drveće blokira najveći dio ovog štetnog zračenja te samo 5% ultraljubičastog svijetla bude u sjenci drveta, za razliku od suncobrana koji propušta oko 17%.

Rendgenski ili X zraci su većih frekvencija od ultraljubičastog te stoga nose još veću energiju. Prolaze kroz tkiva i ne apsrobuju se u njima, a zbog velike energije koju posjeduju uz veću dozu mogu biti izuzetno štetni. Ipak, pronalazak rendgenskih zraka nemjerljivo je doprinio razvoju medicine, doktori su mogli da vide u unutrašnjost ljudskog tijela bez hiruških zahvata. Taj izum je već tokom Prvog svjetskog rata korišćen i dao je mogućnost hirurzima da vide gdje je tačno u tijelu metak i kako doći do njega. Kako rendgenski zrak ulazi u tijelo, on prolazi kroz kožu, mišiće i organe jer ova vrsta mekog tkiva ne može da apsorbuje veliku energiju rendgenskih zraka i na snimku se vidi kao crna oblast. Kost apsorbuje energiju i prikazuje se kao bijela oblast na rendgenskom snimku, te tako dobijamo sliku željenog dijela tijela. Da bi se detektovali rendgenski zraci sa Sunca, teleskop koji ih posmatra mora se poslati van Zemljine atmosfere koja ih ne propušta.

Jedan od najpoznatijih teleskopa ove vrste je Chandra, rendgenska opservatorija lansirana 1999. godine i u upotrebi je i danas. Chandra je dizajniran za posmatranje izvora jakih X zraka, kao što su oni koji nastaju usled eksplozije neke zvijede ili za posmatranje kvazara (eng. quasar - quasi-stellar radio source).

Gama zračenje predstavlja sam vrh po pitanju energetske moći elektromagnetnog spektra. Imaju najveću frekvenciju a najmanje talasne dužine. Gama zraci su slični rendgenskim ali za razliku od rendgenskih koji se emituju iz procesa izvan jezgra, gama zraci potiču iz unutrašnjosti jezgra atoma. Većina ovih zraka dolazi od nuklearnih reakcija iz svemira. Koliko su prodorni, dovoljno govori činjenica da neki gama zraci mogu proći kroz olovnu ploču debljine 20 cm ili čeličnu debljine 30 cm. Što je energija gama zraka veća, to je potreban deblji štit. Ovi zraci mogu uništiti žive ćelije, proizvesti mutacije gena ili izazvati kancer.

No, zahvaljujući toj sposobnosti koriste se i za terapije kod liječenja kancerogenih tumora. Tada se zračenjem selektivno uništavaju ćelije raka u malim lokalizovanim tumorima. Mehanizmi koji emituju gama zračenja iz svemira su slični onima kao za rendgensko zračenje, samo imaju veću energiju. Detektovanje gama zraka iz kosmosa je bilo mnogo teže u odnosu na rendgenske jer su relativno rijetki a dolaze iz najekstremnijih mjesta u svemiru kao što su crne rupe ili zvijezde koje su eksplodirale. Ali, više od polovine izvora gama zraka je nepoznato pa ni sa najsavremenijim teleskopima još nije moguće otkriti šta ih izaziva. Kao i u slučaju rendgenskih zraka, teleskopi koji otkrivaju gama zrake takođe moraju biti van Zemljine atmosfere. Najsofisticiranije oko ljudske civilizacije za gama zrake je teleskop Fermi koji je u orbiti Zemlje od 2008. godine.

Prošlo je dosta vremena od kada je čovjek zaključio da ne može sve opaziti samo na osnovu svojih čula. Ostatak elektromagnetnog spektra je malo po malo, postajao sve dostupniji tokom prehodna dva vijeka. Danas, naše produžene oči u vidu raznih uređaja, aparata i teleskopa mogu da proniknu u imponzantan svijet „nevidljivog“. Sve i da nekim čudom možemo vidjeti cijeli EM spektar odjednom, to se ne bi dobro završilo za nas. Takva hipotetička situacija dovela bi do toga da bi se toliko svjetlosti odbijalo okolo da zapravo ne bi vidjeli ništa. Istovremeno bi vidjeli sve i ništa.

Mozak koji bi odjednom dobio tu ogromnu količinu informacija vjerovatno ne bi mogao da ih obradi, pa najbolje što bi nam se moglo desiti je da bi jednostavno oslijepili. Ne postoji ni jedan uređaj na svijetu koji može da vidi sve talasne dužine, već se tehnologije kojim se izrađuju, način na koji funkcionišu i njihov krajnji dizajn značajno razlikuju. Treba imati u vidu da su i sve one lijepe slike van vidljivog spektra koje nam daju svemirske agencije uglavnom računarski obrađene i ofarbane za naše oči. Kako drugačije prikazati nešto što ne vidimo?

Ovaj fenomen uporno buni veliki broj ljudi koji pokazuju otpor ka takvim saznanjima, ali čovjek je odavno prevazišao shvatanje da je svijet samo ono što možemo percipirati svojim čulima. Još prije 400 godina kada je Galileo Galilej dizajnirao prvi durbin, mi smo zapravo izašli van okvira svojih čula. Razlika između tog durbina i današnjeg teleskopa koji vidi gama zrake je suštinski samo u tehnologiji. Ni ono što vidi durbin ni ono što vidi Fermi teleskop našim očima ne možemo vidjeti. Ali to ne znači da ne postoji, samo treba otići par stotina metara ispred durbina i uvjeriti se.