Domácí spektroskop
12. 12. 2007
Pomocí papírové krabice, ruličky od toaletního papíru, lepicí pásky a starého cédéčka si tentokrát Michael sestrojí svůj domácí spektroskop. Spektroskop je zařízení, které umožňuje zjistit, z jakých látek se skládají nejrůznější předměty. Využívá skutečnosti, že různé prvky vyzařují různé světlo. Pokud určitou látku vložíme do plamene nebo jí necháme procházet elektrický proud, rozzáří se. Toto světlo se pak rozloží na jeho jednotlivé barevné složky a z něj můžeme zjistit prvky díky jasným čarám, které vidíme ve spektroskopu.
Twinkle, twinkle, little star,
How I wonder what you are,
Up above the world so high …
Tereza: Lidé od nepaměti přemítají o hvězdách.
Michael: Stars have been important to every human culture and have been used in religious practices and celestial navigation and orientation.
Hvězdy byly důležité pro všechny lidské kultury. Byly využívány v náboženství i při hvězdné navigaci a orientaci.
Tereza: Starověcí Egypťané věřili, že hvězdy jsou duše bohů a zesnulých panovníků. Své monumentální stavby vytvořili ve tvaru hvězdných konstalací. Například pyramidy v Gize jsou postaveny ve tvaru pásu souhvězdí Oriona.
Michael: And yet today we know, that these stars, that our ancestors so revered, are in fact massive luminous balls of hot plasma, that group together to form galaxies.
Až dnes víme, že tyto hvězdy, které naši předkové tak uctívali, jsou ve skutečnosti ohromné zářivé koule žhavého plazmatu, které se shlukují dohromady a vytvářejí galaxie.
Tereza: Naší nejbližší hvězdou je Slunce.
Michael: And we know much about our Sun. For example we know that it consists of about 74 % hydrogen and 25 % helium and that its surface temperature is enormous 6000 °C.
O našem Slunci toho víme mnoho. Například to, že se skládá asi ze 74 % z vodíku, z 25% z helia a že jeho povrchová teplota je obrovská - až 6000 °C.
Tereza: Ale jak je možné, že toho o Slunci a jeho složení tolik víme, když nikdy na něj lidská noha nevkročila a když je od nás vzdálené 150 miliónů kilometrů?
Michael: The answer lies in sunlight and this cardboard box.
Odpověď leží ve slunečním světle a v této lepenkové krabici.
Tereza: Co k dnešnímu experimentu budete potřebovat? Jednu prázdnou kartónovou krabici, neprůsvitnou lepicí pásku, dvě žiletky nebo – jako v našem případě – nože řezáku, cédéčko a ruličku od toaletního papíru.
Michael: Our spectroscope has three main parts to it. The first is this slit, made by two razor blades, which allows the light to go in. At the back and inside I’ve put an old CD, which is going to work as a diffraction grating that’s going to split the light to its component colours. And here, at the side, I’ve made a viewing port out of the inside of the toilet roll.
Náš spektroskop má tři hlavní části. První je tato štěrbina, kterou tvoří dvě žiletky. Ta umožní světlu proniknout dovnitř. Vzadu do krabice jsme upevnil staré CD, které bude fungovat jako difrakční mřížka, která rozdělí světlo na jeho jednotlivé barvy. A zde na straně jsme z ruličky od toaletního papíru vytvořili pozorovací otvor.
A teď bleskový návod, jak takový spektroskop postavíme. Nejprve ve výšce přibližně patnácti centimetrů nad dnem krabice načrtneme a vykrojíme otvor pro budoucí pozorovací trubičku – okulár. V sousední stěně – přibližně ve stejné výšce nad dnem – umístíme úzký otvor. Na něj pomocí lepicí pásky připevníme dvojici žiletek či v našem případě nožů řezáku. Mezi obojím ostřím musí zůstat co nejužší štěrbina. A teď cédéčko. Světlo ze štěrbiny se od cédéčka odrazí a vychází ruličkou k pozorovateli. I cédéčko připevníme do výšky asi patnácti centimetrů nad dno krabice. Všechny škvíry, kterými by mohlo dovnitř pronikat světlo, důkladně oblepíme neprůsvitnou páskou. Zbývá už jen připevnit ruličku pro pozorování spekter na cédéčku uvnitř našeho spektroskopu. A hotovo.
Michael: Our spectroscope is ready. So let’s use it to observe some different light sources.
Náš spektroskop je připraven. Využijme jej k pozorování různých světelných zdrojů.
Tereza: Použijeme modré světlo, červené světlo a plamen svíčky.
Michael: Zdroj světla číslo jedna.
Tereza: Svíčka.
Její světlo není příliš jasné, přesto ve tmě září spektrum s téměř všemi barvami duhy.
Tereza: Zdroj číslo dvě …
Michael: Modré světlo.
Tereza: Krásně.
Kromě modré je ve spektru i zelená. Chybí však jeho žlutá a červená část.
Michael: A třetí zdroj …
Tereza: Světlo červené.
Filip: Zcela opačné spektrum. Hlavní je červená část, trošku žluté. Zelená s modrou zcela chybějí.
Tereza: Jak jste sami mohli vidět, různé zdroje mají rozdílné spektrum.
Michael: And in the same way elements from the periodic table have a unique signature of wavelengths of light that they either emit or absorb that we call a spectrum.
Stejným způsobem prvky z periodické tabulky mají jedinečný podpis vlnové délky světla, které vyzařují nebo pohlcují, jemuž říkáme spektrum.
Pomocí metody, zvané spektroskopie, můžeme rozložit i sluneční světlo na jeho jednotlivé barvy.
Michael: … much like a rainbow, that we call a spectrum. And it is a relative intensities of these different colours that give us information about the materials and the conditions on the Sun.
… velmi podobné duze, které nazýváme spektrum. Poměrná intenzita těchto různých barev nám dává informaci o prvcích a podmínkách na Slunci.
Tereza: Sluneční světlo obsahuje všechny viditelné barvy spektra od červené až po fialovou.
Michael: The following diagram is a sample spectrum of the light emitted from our Sun.
Tento diagram je spektrum světla, které vyzařuje Slunce.
Tereza: Ale tvoje podrobné astronomické spektrum na rozdíl od toho našeho obsahuje jakési divné černé čáry. Co to je?
Michael: Aha. Well, these thin black lines are missing wavelengths of light that have been removed or absorbed by the atoms in the Sun’s atmosphere.
Tyto úzké černé čáry jsou chybějící vlnové délky světla, které bylo odebráno nebo pohlceno atomy ve sluneční atmosféře.
Tereza: To znamená, že v atmosféře Slunce jsou určité prvky, které absorbují světlo. Ale jak my zjistíme, které to jsou?
Michael: Aha. Well, the light, we’ve seen, every element from the periodic table, has its own unique characteristic, fingerprint of wavelength of light, that it absorbs. If we compare the spectra that we measure in the laboratory, with the spectrum of light that we see from the Sun, by that comparison we can deduce that the composition of our Sun is …
To světlo, které jsme viděli, každý prvek z periodické tabulky prvků má svou vlastní charakteristiku, otisk vlnové délky světla, které pohlcuje. Když porovnáme spektra, která změříme v laboratoři, se spektrem světla, přicházejícího ze Slunce, můžeme jejich porovnáním odvodit, že Slunce se skládá z …
Tereza: … 74 % vodíku, 25 % helia a 1 % lehkých prvků jako je například uhlík.
Michael: Dobrou noc, prcku.
Just a think, that with the human understanding of the properties of light we are able to deduce the composition of something, that is over 150 million kilometres away. That’s the power of light.
Jen si představte, že tím, jak jsme pochopili vlastnosti světla, můžeme odvodit složení něčeho, co je od nás 150 miliónů kilometrů daleko. To je síla světla.
Autor: Vladimír Kunz