Student World

Před deseti lety, 21. listopadu 1993, zemřel italský fyzik Bruno Rossi, průkopník ve studiu kosmického záření.

Bruno Benedetto Rossi se narodil 21. listopadu 1905 v Benátkách. Byl synem Rina Rossiho, elektroinženýra, jenž se zasloužil o elektrifikaci Benátek. Díky otci se již v útlém věku mohl seznamovat nejen s novinkami vědy, ale i s vědeckou metodou při zkoumání přírodních zákonů. Vystudoval fyziku na univerzitě v Boloně. Zde působil později i jako asistent Antonia Garbassi, profesora experimentální fyziky. Převážnou většinu své vědecké kariéry ale Rossi budoval ve Spojených státech, jako profesor na Massachusettského technologického institutu (MIT).

Ve své nejvýznamnější práci navázal Rossi na rakouského fyzika Victora Hesse, který jako první začal studovat projevy kosmického záření. Hesse uskutečnil v roce 1911 ve spolupráci s rakouským aeroklubem řadu odvážných výstupů pomocí balonu, dokonce až na svou dobu do rekordní výšky 5 350 metrů. Při těchto výstupech provedl měření, jimiž dokázal domněnky francouzského kněze a fyzika Theodora Wulfa, že nejen z hornin, ale i z „oblohy přichází určitý druh záření“. Hesse zjistil, že s přibývající výškou se ionizace prudce zvyšuje a v 5 tisících metrech je již několikrát silnější než na zemském povrchu. Ze svých měření učinil závěr, že ionizaci vzduchu způsobuje dosud neznámé záření pronikavé síly, které vstupje do atmosféry z vesmíru. Za toto zjištění, které se později opakovanými pokusy potvrdilo, mu byla v roce 1936 udělena Nobelova cena za fyziku.

Hessovy výzkumy v atmosféře přerušil vznik první světové války. Zkoumání neznámého druhu záření přicházejícího z kosmu se obnovilo až ve 20. letech. Významných výsledků dosáhl Robert Millikan, který v roce 1925 zavedl termín „kosmické záření“. Vše totiž nasvědčovalo tomu, že tyto zdroje těchto paprsků se nacházejí v hloubi vesmíru. Millikan se mylně domníval, že kosmické záření je formou elektromagnetického vlnění, že je to jeden z projevů vzniku hmoty kdesi ve vzdálených hlubinách vesmíru.

Byl to právě Bruno Rossi, kdo přispěl k poznání, že kosmické záření není ve skutečnosti záření, nýbrž proud vysokoenergetických částic, zejména protonů, resp. jader vodíku a v daleko menší míře i hélia. Tyto částice přilétají do horních vrstev zemské atmosféry z nejrůznějších zdrojů, jimž jsou jednak hvězdy z naší Galaxie, včetně Slunce, jednak i hvězdy daleko vzdálenější. Při průletu do atmosféry dochází ke srážkám těchto částic s jádry atomů tvořících atmosférický obal země. Přitom vznikají spršky sekundárních částic (např. piony a miony) s mnohem menší energií, jež se kaskádovitě rozpadají, dokud nedosáhnou zemského povrchu.

V otázka původu kosmického záření panují nicméně nadále nejistoty. Dráhy kosmických částic, které jsou elektricky nabité, se vlivem magnetických polí proplétají, takže nelze určit zdroj, odkud kosmické záření přesně pochází. Rossiho kolega, proslulý italský fyzik Enrico Fermi, se domníval, že jsou tyto částice vyzařovány z nízkoenergetických zdrojů a teprve posléze se v několika samostatných etapách vlivem výbuchů supernov urychlují, až dosahují rychlostí blízkých rychlosti světla. V současné době se astrofyzika kloní k názoru, že kosmické záření vzniká ve zcela určitých zdrojích, v nichž se částice už přímo urychlují na velmi vysoké energie. Nejpravděpodobnějšími zdroji jsou právě výbuchy supernov a jejich expandující plynné zbytky. Jsou to fascinující vesmírné podívané. Elektrony pohybující se takřka rychlostí světla totiž mohou vytvářet v pozůstatcích supernov, jako je např. Krabí mlhovina, mohutné proudové smyčky, jež kopírují strukturu galaxie. Jinými druhy zdrojů mohou být i neutronové hvězdy a pulsary.

Díky kosmickému „záření“ vznikají v horních vrstvách atmosféry děje, které fyzikové pozorují v nejvýkonnějších urychlovačích. Někdy dochází ke srážkám, jejichž energie je ještě daleko vyšší než dokáže vytvořit lidská technologie. Z tohoto důvodu studium kosmického záření poskytuje fyzikům cenné informace. Již konce 30. let byla v těchto sprškách částic bombardujících Zemi objevena nová částice, mion, který má téměř stejné vlastnosti jako elektron, jenomže je více než 200krát těžší. V důsledku objevu mionu se ukázalo, že mikrosvět není zdaleka tak jednoduchý, jak si fyzikové původně představovali. To už je ale poněkud jiná kapitola.

V poslední době se hovoří zejména o intenzivním záření gama, které proniká až na zemský povrch a může ohrožovat i zdejší biologické systémy. Záření gama vzniká při interakcích protonů, které při srážkách s jádry atomů vytvářejí elektron-pozitronové páry, které vytvářejí rázové vlny namodralého světla, obdobně jako nadzvukové stíhačky. Je pozoruhodné, že tyto částice letí vzduchem rychleji než světlo. Důvod je prostý: světlo se šíří ve vzduchu pomaleji než ve vakuu. Protože projevy těchto elektron-pozitronových párů objevil již v roce 1934 sovětský fyzik Pavel Alexejevič Čerenkov, označují se dnes jako Čerenkovovo záření. Čerenkov sledoval projevy záření při pokusech pohlcování radioaktivity různými kapalinami, přičemž vznikalo slabé namodralé světlo. Tyhle jevy dlouhou dobu nikdo nedokázal vysvětlit, dokud se neobjasnily vyskoenergetické projevy částic v horních vrstvách atmosféry.

Projekt, který zkoumá rentgenové záření ve vesmíru, označily MIT a NASA na počest průkopnické práce Bruna Rossiho jako RXTE (Rossi X-ray Timing Explorer). Satelit RXTE od roku 1995 poskytuje vědcům cenné informace o černých dírách, neutronových hvězdách a pulsarech.

Více informací:

Internet
The Rossi X-Ray Timing Explorer Project
http://xte.mit.edu

RXTE Discoveries
http://heasarc.gsfc.nasa.gov/docs/xte/learning_center/rxte_discoveries.html

Literatura
B. Rossi, R. Giacconi: A Telescope for Soft X-ray Astronomy (1962)
B. Rossi, S. Olbert: Introduction to the Physicis of Space (1970)
B. Rossi: The Cosmic Rays (1974)
B. Rossi: Moments in the Life of a Scientist (1990)
J. Grygar: Vesmír, jaký je (1997)
T. Ferris: Zpráva o stavu vesmíru (The Whole Shebang, 1997, č. 2000)
G. Franster a kol: Hledání nekonečna (The Search for Infinity, 1994, č. 1996)
T. K. Gaisser: Cosmic Rays and the Particle Physics (1991)
J. W. Bieber a kol.: Cosmic Rays nad Earth (2000)
M. M. Shapiro: Cosmic Rays, Supernovae, and the Interstellar Medium (2002)

autor Jan Kapoun