Čo je príčinou toho, že nikdy neuvidíme objekt rozhorúčený do zelena a ani zelenú hviezdu?
V 19. storočí James Clerk Maxwell dokázal, že svetlo je elektromagnetická vlna. Už vtedy bola rýchlosť svetla známa pomerne presne. J. C. Maxwell zhrnul zákony elektriny a magnetizmu do štyroch rovníc. Následne ukázal, že jednou z foriem ich riešenia je elektromagnetické vlnenie, ktoré sa šíri práve rýchlosťou svetla. Bola by to veľká náhoda, keby toto elektromagnetické vlnenie nebolo práve svetlo.
Čierny žiarič
Vedci sa potom zaoberali otázkou, ako dokáže hmota vyžarovať elektromagnetické žiarenie. V tejto oblasti sa mohli úspechom pochváliť dvaja fyzici, Alfred-Marie Liénard a Emil Wiechert. Skúmali, aké elektromagnetické polia vytvorí pohybujúci sa a najmä zrýchľujúci sa náboj. Ako riešenie dostali okrem iného vyžiarené elektromagnetické pole. V tom istom roku sa podarilo Maxovi Planckovi odvodiť zákon pre žiarenie čierneho telesa. Čierna farba znamená, že ide o teleso, ktoré zachytáva a emituje všetky možné vlnové dĺžky. Keď niečo zohrejeme, začne to svietiť, ako napríklad horúce červené železo. Objekty žiaria pri ľubovoľnej nenulovej teplote, no prevažne v infračervených vlnových dĺžkach. Vyžarovanie je dôsledkom divokej interakcie nabitých častíc a elektromagnetických polí vnútri telesa. Ako sa zvyšuje teplota telesa, tak sa zvyšuje frekvencia svetla, v ktorom sa vyžaruje maximum energie. Pri nízkych teplotách sa vyžaruje nízkoenergetické mikrovlnné žiarenie. Zvyšovaním teploty sa postupne prechádza cez infračervené svetlo, farby dúhy, ultrafialové, röntgenové a gama žiarenie. Horúce teleso je najprv červené, keď ho rozpálime viac, bude biele a keď ešte viac, začne modrieť. Čo sa stalo so zelenou farbou? Ak zvyšujúca sa teplota zvyšuje frekvenciu vlnových dĺžok, v ktorých sa vyžaruje svetlo, nemala by medzi červenou a modrou byť zelená? Zaujímať by nás to malo najmä pri Slnku. Jeho povrchová teplota zodpovedá spektru dosahujúcemu maximum práve pri zelenej farbe.
Chlorofyl ako kompromis
Aj keď sa na Slnko budeme pozerať sponad atmosféry Zeme, uvidíme ho biele, a nie zelené. Úlohu tu zohráva spôsob, akým ľudské oko vníma farby. Za to sú zodpovedné tri druhy farebných čapíkov: červené, zelené a modré. Vďaka pomeru, akým čapíky reagujú na jednotlivé farby, môžeme vidieť milióny farieb. Keď zasvietime na oko žltou farbou, zareagujú červené aj zelené čapíky a z ich presného pomeru vie mozog zistiť, o akú žltú ide. Keď sa pozeráme na horúce železo, reagujú prevažne čapíky citlivé na červenú farbu. Keď na objekt rozhorúčený do modra, tak tie, ktoré sú citlivé na modrú farbu. Zelená farba má však tú smolu, že leží niekde medzi. A keď je teplota telesa taká, že maximum zodpovedá zelenej farbe, vo veľkom sú excitované aj čapíky citlivé na modrú a červenú. Spektrum termálneho žiarenia je jednoducho príliš rozťahané a nie je schopné stimulovať iba čapíky citlivé na zelenú farbu. Ďalšou zaujímavou otázkou je: Prečo sú rastliny zelené? Maximum energie zo Slnka prichádza v zelenej farbe. Rastliny sú zelené preto, lebo chlorofyl v nich obsiahnutý zachytí ostatné farby a tú zelenú, najvýživnejšiu časť spektra, odrazí späť k nám. Je to akoby sa obyvatelia krajiny, kde sa najlepšie darí zemiakom rozhodli, že zemiaky jesť nebudú. Pri absorpcii energie ide však o dve podmienky: efektivitu a stabilitu. Keby išlo rastlinám iba o efektivitu, pohltili by všetky vlnové dĺžky a boli by čierne. Nedávny výskum ponúkol vysvetlenie, prečo rastliny zelenú odmietajú – pravdepodobne to súvisí so stabilitou. Fotosyntéza je veľmi jemný a sofistikovaný mechanizmus, pričom transport energie prebieha s nevídanou účinnosťou. Rastliny však potrebujú byť odolné proti výkyvom v intenzite dopadajúceho svetla a ako ukazujú simulácie, to sa im darí práve vďaka ignorovaniu zelenej farby.
Samuel Kováčik, foto NASA
Dublin Institute for Advanced Studies
Viac podobných článkov nájdete na stránke vedator.space.
