Joseph von Fraunhofer objavil spektrálne čiary, položil základy spektroskopie a vytvoril novú generáciu ďalekohľadov.
Vľavo Joseph von Fraunhofer s hranolom v ruke vedľa svojho slávneho spektrometra na olejomaľbe Rudolfa Wimmera z roku 1905. Vpravo spektroskop, pomocou ktorého rozložil Fraunhofer v roku 1814 slnečné svetlo na jeho farebné spektrum. Foto: Deutsches Museum
Fyzik Joseph von Fraunhofer patrí medzi najvýznamnejších nemeckých vedcov a vynálezcov. Fraunhofer, pôvodným povolaním sklár, realizoval zásadný a systematický výskum v oblasti optiky a dopracoval sa k prelomovým objavom, ktoré položili základy spektroskopie a astrofyziky.
Pomocou ďalekohľadov, ktoré sám zhotovil, ako prvý v roku 1814 zmeral vlnové dĺžky absorpčných čiar v spektre Slnka, takzvané Fraunhoferove čiary. Jeho záujem a zanietenie pre optiku a svetlo vyjadruje aj latinský nápis Approximavit sidera (Priblížil hviezdy) na jeho náhrobku, ktorý už neexistuje. Dnes si pripomíname 200 rokov od jeho úmrtia.
V 11 rokoch ešte nevedel čítať
Životný príbeh nemeckého fyzika, objaviteľa, vynálezcu a optika Josepha von Fraunhofera hovorí o talente, zručnosti, ale aj šťastí v nešťastí, ktoré ho postretlo ako chlapca.
Joseph von Fraunhofer sa narodil v Straubingu 6. marca 1787 ako posledné z 11 detí. Jeho otec Franz Xaver Fraunhofer bol brúsič skla a do remesla zasväcoval aj svoje deti, ktoré pomáhali v dielni. Keďže školská dochádzka nebola v tom čase v Bavorsku povinná, malý Joseph do školy nechodil a ešte v 11 rokoch nevedel čítať. Mal však túžbu po vzdelaní, ktorú zúročil v neskoršom veku.
Životný zlom
Po smrti matky a o rok nato aj otca sa ako 12-ročný dostáva ako učeň do Mníchova do sklárskej dielne prísneho majstra Philippa Antona Weichselbergera.
Zlomový okamih v živote Josepha Fraunhofera nastal v roku 1801. Keď sa v Mníchove zrútil Weichselbergerov dom, mladý Fraunhofer sa nachádzal vnútri. Krátko po nešťastí sa na miesto začali schádzať záchranári i zvedavci. Medzi nimi boli tiež bavorský kurfirst Maximilián I. (budúci bavorský kráľ Maximilián IV. Jozef) a tajný radca Joseph von Utzschneider. Keď po štyroch hodinách vyslobodili Fraunhofera z trosiek takmer bez zranení, jeho záchrana upútala pozornosť kurfirsta. Ten mu daroval 18 dukátov, čo na tú dobu predstavovalo značný majetok. Tento dar znamenal významný zlom v živote mladého Fraunhofera. Časť peňazí investoval do kúpy brusičského stroja, na ktorom sa zdokonaľoval v brúsení a leštení skla. Osud chlapca zaujal aj Josepha von Utzschneidera, ktorý sa ho ujal a stal sa jeho mentorom.
Vylepšil šošovkové ďalekohľady
V čase, keď mal Joseph Fraunhofer asi 19 rokov, sa vedci intenzívne zaoberali otázkou podstaty svetla. Tá zaujímala už antických učencov. Zaoberal sa ňou napríklad Ptolemaios, ktorý skúmal, ako sa svetlo láme. Zistil, že keď svetlo prechádza do média s väčšou hustotou, napríklad zo vzduchu do vody, tak sa láme. Ptolemaiove zápisky poslúžili ako základ pre vývoj optických prístrojov. Trvalo to však ešte ďalších tisíc rokov, kým boli koncom 13. storočia vyvinuté prvé optické sklá v podobe okuliarov.
Koncom 16. storočia boli vyrobené prvé šošovkové ďalekohľady. Až Joseph Fraunhofer ich však povýšil na omnoho vyššiu úroveň kvality. Revolučným spôsobom zmenil brúsenie, leštenie a centrovanie šošoviek pomocou nových strojov a meracích postupov. Venoval sa aj výskumu ideálneho zloženia skla na výrobu šošoviek, ktoré zohrávalo zásadnú úlohu v oblasti kvality šošoviek. Fraunhofer tak ako prvý v Bavorsku spojil základný vedecký výskum s praktickým technickým využitím.
Pôsobenie v Matematicko-mechanickom ústave
V roku 1806 nastúpil Fraunhofer do Matematicko-mechanického ústavu v Mníchove (Mathematisch-Feinmechanisches Institut von Reichenbach, Utzschneider und Liebherr), ktorý sa zaoberal výrobou astronomických a geodetických prístrojov. Fraunhofer sa tu priúčal remeslu brúsenia šošoviek a popritom navštevoval aj školu. V roku 1806 zriadil Utzschneider v sekularizovanom kláštore Benediktbeuern dielňu na výrobu optického skla. O rok neskôr sa Fraunhofer stal vedúcim dielne a v roku 1811 aj prevádzkovým riaditeľom sklárne.
Matematicko-mechanický ústav vznikol v roku 1804 z dielne na výrobu matematických prístrojov, ktorú založil v roku 1802 v Mníchove Georg Friedrich von Reichenbach (1771 – 1826), známy konštruktér astronomických a geodetických prístrojov. V roku 1804 sa Reichenbach spojil s mechanikom, vynálezcom a výrobcom sextantov Josephom Liebherrom (1767 – 1840) a podnikateľom a finančníkom Josephom von Utzschneiderom (1763–1840). Vznikol Matematicko-mechanický ústav, ktorý sa preslávil výrobou špičkových prístrojov jemnej mechaniky a optiky na celom svete.
V Benediktbeuerne mal Fraunhofer skvelé podmienky. Vyvíjal nové brúsky a druhy skla pre optické sklá, ktoré prispievali k lepšej kvalite šošoviek. Spoločnosť sa v krátkom čase stala lídrom na európskom trhu s ďalekohľadmi, mikroskopmi a lupami. Okrem iného sa zaslúžil o vylepšenie achromatického páru šošoviek určených na astronomické pozorovania.
Fraunhoferove čiary v slnečnom spektre
V roku 1814 uskutočnil Joseph Fraunhofer svoj najvýznamnejší objav – takzvané Fraunhoferove čiary v slnečnom spektre. Pri experimentoch pozoroval slnečné svetlo, ktoré prechádzalo úzkou štrbinou a následne skleneným hranolom, kde sa rozkladalo na farebné spektrum. Keď toto spektrum skúmal pomocou ďalekohľadu, nevidel súvislý pás farieb, ale objavil v ňom množstvo tmavých čiar. Tieto tmavé čiary, dnes známe ako Fraunhoferove čiary, sú absorpčné čiary vznikajúce pohlcovaním svetla určitých vlnových dĺžok v atmosfére Slnka.
Fraunhofer ich presne zmapoval a spočítal, napočítal ich 574. Zaznamenával ich polohu a šírku a na základe získaných údajov meral a zlepšoval kvalitu svojich optických šošoviek. Toto prinieslo spoločnosti rozhodujúci náskok pred konkurenciou. Dlho si lámal hlavu nad tým, odkiaľ sa tieto čiary v slnečnom svetle berú, ale keďže nenašiel odpoveď, sústredil sa na praktické využitie objavu. Našiel jednoznačné referenčné body, pomocou ktorých dokázal určiť vlastnosti lomu skla s presnosťou, ktorá bola dovtedy nepredstaviteľná. Ich fyzikálnu podstatu (teda že ide o absorpciu svetla prvkami v atmosfére Slnka) sa podarilo vysvetliť až neskôr.
Fraunhoferova difrakcia
Rovnako prelomové boli Fraunhoferove výskumy o difrakcii svetla. Fraunhofer skonštruoval veľmi kvalitné difrakčné mriežky a zistil, že rôzne farby (vlnové dĺžky) sa odchyľujú pod rôznymi uhlami. Tento jav nazývaný Fraunhoferova difrakcia, opisuje ohyb a interferenciu svetla v prípade, keď zdroj svetla aj pozorovacia rovina sú od difrakčnej prekážky prakticky v nekonečnej vzdialenosti (alebo sú nahradené šošovkami). Vďaka tomuto usporiadaniu bolo možné presne analyzovať rozloženie svetla a určovať jednotlivé vlnové dĺžky. Fraunhoferove difrakčné mriežky mu umožnili rozkladať svetlo na spektrum oveľa presnejšie než pomocou hranola, čím položil základy modernej spektroskopie.
Kľúč k zloženiu hviezd
Ďalší výskum ukázal, že Fraunhoferove čiary sú spôsobené absorpciou konkrétnych vlnových dĺžok svetla atómami v slnečnej atmosfére.
O 40 rokov neskôr spektrálne analýzy Gustava Kirchhoffa a Roberta Wilhelma Bunsena ukázali, že Fraunhofer svojím objavom poskytol kľúč k tajnému kódu hviezd, keďže každý chemický prvok je spojený so špecifickým počtom a usporiadaním spektrálnych čiar, vďaka čomu je možné určiť zloženie atmosféry a nebeských telies. Fraunhoferov objav tak umožnil vznik spektroskopie, presného merania vlnových dĺžok svetla, a prispel k pochopeniu chemického zloženia Slnka i vzdialených hviezd.
Pre modernú astronómiu je Fraunhofer dodnes kľúčovou postavou, pretože spektrálna analýza, pre ktorú položil základy, teda skúmanie vznikajúceho spektra na prítomnosť príslušných tmavých čiar a ich polohu, zostáva najdôležitejším nástrojom astronómov.
Na sklonku života
V roku 1821 sa Fraunhofer stal ako neštudovaný členom Bavorskej akadémie vied a v roku 1823 plateným profesorom a konzervátorom fyzikálneho kabinetu.
Za zásluhy mu bol v roku 1824 udelený rytiersky kríž záslužného rádu Bavorskej koruny a bol povýšený do šľachtického stavu.
V tom istom roku dokončil Joseph von Fraunhofer stavbu svojho najväčšieho ďalekohľadu pre ruské observatórium v Dorpate (dnes Tartu, Estónsko). S týmto ďalekohľadom s priemerom objektívu 24,4 cm a ohniskovou vzdialenosťou 4,33 m skúmal astronóm Friedrich Georg Wilhelm von Struve predovšetkým dvojhviezdy. Druhý, konštrukčne zhodný, exemplár získalo v roku 1829 observatórium v Berlíne. V roku 1846 ním astronóm Johann Gottfried Galle objavil Neptún.
Joseph Fraunhofer sa však už tohto úspechu nedožil. Zomrel 7. júna 1826 na tuberkulózu pľúc. Hoci mal len 39 rokov, stihol počas svojho života naozaj veľa.
Jeho meno dnes nesie aj jedna z najváženejších organizácií pre aplikovaný výskum na svete Fraunhofer-Gesellschaft, založená v roku 1949, ktorá združuje desiatky výskumných ústavov v Nemecku.
Zdroj: ARD ALPHA (1, 2), ardmediathek (1, 2), edu.techmania.cz, Britannica, Google Arts and Culture, straubing.de, Deutsches Museum, Wikipedia
(zh)
