Anders Jonas Angström – zakladatel švédské dynastie fyziků

Jedním ze spoluzakladatelů spektroskopie a současně zakladatel dynastie významných švédských fyziků byl Anders Jonas Angström (1814-1874). Letos uplyne 200. let od jeho narození a 140 let od jeho úmrtí.

Světlo – jeden z nejúžasnějších přírodních jevů – má pro život člověka zcela zásadní význam. Nikoho proto nepřekvapí, že optika, nauka o světle, je jedním z nejstarších oborů fyziky. Pojem spektra (z lat. spectrum = obraz) se později ve fyzice trvale usídlil v mnoha různých významech. Byl vyjádřen matematicky a usnadňuje zkoumání složených jevů, ať už jako spektrum podle vlnových délek, kmitočtů, hmotností nebo energií. Odhalování tajemství světla se stalo trvalou výzvou a inspirací pro celou plejádu slavných matematiků, fyziků a astronomů, jako byl Marek Marci, Newton, Hamilton, Herschel, Euler, Maxwell, Lambert, Malus, Biot, Young, Fresnel, Fraunhofer, Abbe, Lockyer, Doppler, Huggins, Lebeděv nebo Jansen.

Spektrální analýza

Jedním z největších úspěchů fyziky 19. století byl objev spektrální analýzy spojený se jmény německých badatelů a profesorů na univerzitě v Heidelbergu – R. W. Bunsena a G. R. Kirchhoffera. Tento objev otevřel fyzice cestu do mikrosvěta. Stal se jednou z hlavních fyzikálně-chemických metod rozboru látek, umožnil vznik astrofyziky a nového pohledu na vesmír a našel uplatnění v mnoha oblastech techniky. V souvislosti s objevem spektrální analýzy se Kirchhoff zabýval také vztahem mezi vyzařováním a pohlcováním světelného a tepelného záření. Na základě termodynamických úvah v roce 1859 ukázal, že pohltivost povrchu libovolné látky pro určitou oblast vlnových délek se rovná její vyzařovací schopnosti v téže vlnové oblasti. Látky, které dobře pohlcují záření, ho tedy také dobře vyzařují (tzv. Kirchhoffův zákon). Při těchto výzkumech navázal na práce švédského fyzika a astronoma, spoluzakladatele spektroskopie, Anderse Jonase Angströma.

Anders Jonas Angström

Narodil se před 200 lety 13. srpna 1814 v Lögdö v rodině nepříliš zámožného venkovského evangelického pastora, která jej nemohla při studiích dostatečně finančně podporovat. Peníze z domova mu stačily sotva na knihy. Dokázal se ale sám uživit doučováním. Po absolvování střední školy vystudoval fyziku na univerzitě v Uppsale, kde v roce 1839 získal doktorský titul a diplom učitelství fyziky. S tímto městem s nejstarší univerzitou v celé severní Evropě (byla založena roku1477) byl svázán celý jeho další dosti jednotvárný profesní i soukromý život. Říkalo se prý o něm přehnaně, že byl v průběhu celého života nejdále v 70 km vzdáleném Stockholmu.

Po ukončení studia na své alma mater přednášel fyziku a astronomii a získával zkušenosti z astronomie na Stockholmské hvězdárně. V roce 1840 se habilitoval jako soukromý docent a od roku 1843 pracoval, později i „řediteloval“, na zdejší astronomické observatoři. V roce 1858 byl jmenován profesorem fyziky. Krátce působil i jako rektor Uppsalské univerzity.

Anders Jonas Angström patřil vedle Linného, Celsia, Nobela, Arrhenia, Berzelia či Kovalské k nejznámějším švédským vědcům. Podle Ottova slovníku naučného se zabýval podle dobového hodnocení „naukou o teple a světle, na kterémžto poli učinil pozoruhodné objevy“. Zemřel 21. června 1874 ve své milované Uppsale.

Měřil vlnové délky čar ve spektrech atomů

Ve své vědecké práci se Anders Jonas Angström zabýval především měřením vlnových délek čar ve spektrech atomů. V pro spektrální analýzu důležitém spise „Optiska undersökmingar“ (Stockholm, 1853) jako první upozornil na to, že jiskrová spektra jsou složitá, a že za některé spektrální čáry je odpovědná látka, která se nachází mezi elektrodami. V souladu s Eulerovou teorií rezonance prohlásil, že záření, které pohlcují plyny, má stejné vlnové délky jako záření jimi vyzařované, a že v termodynamické rovnováze se energie pohlcovaná a vyzařovaná pro jednotlivé vlnové délky spektra vzájemně rovná. Tento základní princip spektrální analýzy později experimentálně dokázal G. R. Kirchhoff.

Angström pochopil, že spektrální čáry prozrazují přítomnost určitých prvků ve vesmírných tělesech. V roce 1861 se začal zabývat studiem slunečního spektra a již o rok později objevil přítomnost vodíku na Slunci jako jeho hlavní stavební jednotku (73,46 hmot. %). V roce 1869 v této souvislosti publikoval rozsáhlou práci „Recherches sur le spectre solaire“ (Výzkumy slunečního spektra) a roku 1871 práci o spektrálních čarách jednoduchých plynů „Sur les spectres des gaz simples“. V průběhu dalších dvaceti let bylo toto dílo, doplněné atlasem spekter, základní studijní pomůckou pro ostatní badatele. V roce 1867 rovněž jako první prozkoumal spektrum polární záře (aurora borealis). Kromě toho studoval i spektra planet a pokoušel se změřit Dopplerův posun čar způsobený pohybem zdrojů záření.

Široký záběr švédského vědce

Další Angströmovy práce se týkaly vedení tepla, změn tepelné vodivosti v závislosti na teplotě a jejího vztahu k elektrické vodivosti. Studoval i optické jevy v krystalech a z oblasti astronomie například dráhu Halleyovy komety. Zabýval se rovněž studiem magnetického pole Země; přitom provedl řadu pozorování změn intenzity magnetického pole v různých částech Švédska. Byl také průkopníkem studia elektromagnetického spektra (někdy zvaného Maxwellova duha), zahrnujícího elektromagnetické záření (vlnění) všech možných vlnových délek (radiové vlny, mikrovlny, infračervené záření, viditelné světlo, ultrafialové záření, rentgenové záření, gama záření).

Veřejné uznání na sebe nechalo čekat

Švédská vědecká komunita přijímala výsledky Angströmových výzkumných prací pomalu a zdrženlivě. Jednou z příčin byla jeho uzavřená povaha a nechuť k veřejným vystoupením. V zahraničí byly jeho práce zpočátku zcela nepřístupné, protože jich většinu napsal švédsky (jen několik titulů ve francouzštině). Nakonec se ale uznání doma i v cizině přece jen dočkal. V roce 1867 se stal tajemníkem Královské vědecké společnosti v Uppsale, od roku byl 1870 členem londýnské Královské společnosti Royal Society (pozn. autora: její členové si píší za jménem zkratku FRS, jen pro zajímavost českými zástupci jsou pouze od roku 1667 Jan Marek Marci a od roku 1965 Jaroslav Heyrovský), dopisujícím členem pařížské Académie des Sciences, roku 1872 získal prestižní Rumfordovu medaili, udělovanou Královskou akademií pro vědce z Evropy.

Jednotka angström (také angstrom)

Ke zrodu spektroskopie jako nové vědy a k pečlivému proměřování vlnových délek spektrálních čar s přesností 10^-10 metru přispěl do té míry, že po něm byla pojmenována a po dlouhou dobu používána fyzikální jednotka pro měření vlnových délek „angström“ (také angstrom, symbol A). Hodnota této jednotky délky (není zákonnou jednotkou mezinárodní soustavy SI) se rovná 0,1 nm a je ještě dnes používána při vyjadřování velikosti atomů, délek chemických vazeb, vlnových délek záření (např. viditelné světlo 8 000 až 3 900 A) nebo jiných velmi malých délkových rozměrů.

Dynastie rodu Angström

Svého otce „kopíroval“ jeho syn Knut Johan Angström (1857-1910), rovněž fyzik zabývající se spektroskopií (zejména zářením Slunce a jeho absorpcí atmosférou Země), který působil jako profesor fyziky na univerzitách ve Stockholmu a Uppsale. Je mu připisován vynález pyranometru (solarimetru), přístroje určeného k měření slunečního záření, který měří globální záření (přímé sluneční záření a záření rozptýlené atmosférou včetně záření odraženého od mraků).

Vnuk Anders Knutsson Angström (1888-1961) byl fyzikem a meteorologem, ředitelem Švédského hydrometeorologického ústavu ve Stockholmu.Zabýval se zářením Slunce a atmosféry. Vynález pyranometru bývá někdy připisován jemu.