Prostupuje naším tělem dennodenně, je bezhlučné a okem nepostřehnutelné, ale představuje neuvěřitelnou sílu – kosmické záření. Letos je to právě sto let, co lidstvo o jeho existenci ví. Objevil ho rakouský vědec Victor Franz Hess 7. srpna 1912 v Čechách a získal za to Nobelovu cenu za fyziku.
Hessův objev se stal podnětem pro tisíce následovníků. Jedna z nejmodernějších observatoří světa, která na konci 20. století vyrostla v Jižní Americe (za účasti českých odborníků), je specializována právě na zkoumání kosmického záření. Přesto se fyzikové shodují, že za uplynulých sto let nezjistili o tomto fenoménu takřka nic nového, a pokud už se nějaký nový poznatek objevil, pak spíše jen přidal další nezodpovězené otázky.
Eiffelovka je malá
O podivné všudypřítomné záření, které ionizuje vzduch a zapříčiňuje například samovolné vybíjení baterií, se vědci zajímali už na konci 19. století. Objev radio¬aktivity z roku 1896 pak odhalil principy takového záření. Hned ale vyvstala další otázka: Kde se ta radioaktivita bere? „Mysleli si, že pochází ze země, ale kdyby to byla pravda a přišli jste do nějaké štoly, tak by tam ta ionizace měla být vyšší, a když vystoupáte někam na kopec, tak by měla být zase nižší. Takže vědci lezli do různých jeskyní, ale zjistili stejné, nebo spíš menší hodnoty. Pak zase šplhali na Eiffelovu věž, která tehdy byla právě dostavěna, ale těch 300 metrů je málo, takže zase žádné průlomové zjištění,“ komentoval počátek cesty ke kosmickému záření známý český fyzik a popularizátor vědy Jiří Grygar. Objevila se další teorie o původu záření, a to že přichází shora. Horkým kandidátem na pozici hlavního zdroje bylo Slunce.
Akademie, lety a zatmění Slunce
Milovník létání, nebo seriózní vědec? To asi vrtalo hlavou mnoha lidem, kteří pozorovali pokusy pětadvacetiletého talentovaného fyzika Victora Hesse. Roku 1911 přesvědčil Císařskou akademii věd ve Vídni, aby financovala jeho lety balonem, při kterých hodlal měřit intenzitu radioaktivity ve vztahu ke vzdálenosti od země. První rok uskutečnil dva starty, následující rok sedm. A nebyla to levná záležitost. Letadla na svůj hlavní rozmach teprve čekala, a balon tak stále představoval jediný skutečně použitelný prostředek k létání. V celé monarchii jich létalo jen několik desítek. Hess využíval servisu c. k. Rakouského aeroklubu a jeho zázemí ve vídeňském Prátru, odkud také startovala většina jeho výzkumných letů. Některé i sám pilotoval. Průběžné výsledky měření však k žádnému objevu nespěly. Vědec byl podle nich maximálně schopen dedukovat, odkud záření nepochází. Zvlášť kvůli tomu totiž zvolil k jednomu startu datum 17. dubna 1912, kdy čekala střední Evropa vzácný úkaz – úplné zatmění Slunce. „Žádný vliv zatmění na průběh záření nebyl pozorován. Pokud má mít záření z části kosmický původ, sotva pochází ze Slunce,“ zaznamenal ve vědecké zprávě publikované roku 1912. Záhy toto tvrzení ještě posílil srovnáváním měření intenzity záření za nočních a denních letů, mezi kterými nenašel rozdíl. Ovšem nic konkrétnějšího naměřená data nedovolovala dedukovat. „Dosahoval jsem při balonovém létání stejně neprůkazných postřehů jako ti pozorovatelé na různých věžích,“ posteskl si.
Za vodíkem
V červnu 1912 měřil bezprostředně nad zemí, ve výšce mezi 280 a 360 metry. Hodnoty intenzity záření poněkud klesaly oproti hodnotám na zemi, ale opět nenaměřil žádné zřetelné proměny, které by jasně prokazovaly, zda je záření zemského, kosmického, či jiného původu. „Následující let by měl být podniknut jako skutečně výškový let,“ zapsal si. Největší výška, které doposud dosáhl, byla 2750 metrů, ovšem běžně se nedostal ani přes dva kilometry. A on potřeboval víc, mnohem víc. Kvůli tomu zamířil do zemí Koruny české. Nikde jinde v monarchii totiž nemohl dostat to, co se mu nabízelo v průmyslové metropoli severních Čech, v Ústí nad Labem. Největší chemička Rakousko-Uherska, tamní Rakouský spolek pro chemickou a hutní výrobu, dodala medium, které jako jediné bylo schopné vynést balon do extrémních výšek. Šlo o vodík. V porovnání se svítiplynem, s nímž létal doposud, byl vodík o dost nebezpečnější (vysoce třaskavý), ale měl podstatnou výhodu, obří nosnost. Zároveň byli k dispozici zkušení balonáři, kteří už s ústeckým vodíkem opakovaně létali. Německý vzduchoplavecký spolek z Teplic poskytl Hessovi svůj balon o objemu 1680 krychlových metrů, pojmenovaný Böhmen – tedy Čechy. Start byl stanoven na 7. srpen 1912.
Výšková nemoc
„Naplnění balonu se podařilo už během noci. Byl použit velmi čistý vodík, který dosahuje nosnosti na jeden kubický metr 1,1 kilogramu. Byla naděje, že dosáhneme až 6000 metrů výšky. Na plavbě se podíleli – hauptmann Wilhelm Hoffory jako pilot, E. Wolf jako meteorologický pozorovatel a moje maličkost. Otázka prostoru byla vpravdě povážlivá, neboť pro tři persony a tři tlakové láhve s kyslíkem, lavičky, přístroje a osobní zavazadla se jinak pohodlný balonový koš jevil jako příliš úzký,“ referoval o podmínkách letu Victor Hess v ročence rakouského aeroklubu z roku 1913. Do oblak se balon vznesl přesně v 6.12 ráno někde v prostoru mezi Ústím a Chabařovicemi. Proudění vzduchu unášelo balon směrem do Saska. Státní hranici posádka přeletěla nad Petrovicemi v 7.30. „Jako zátěž jsme si vzali 52 pytlů o váze 800 kilogramů. Část pytlů byla připevněna tak, aby jejich odhození bylo možné odříznutím jediného provázku, neboť ve větších výškách je důležité vyvarovat se každého tělesného vypětí. Po odhození deseti pytlů jsme byli ve výšce 1500 metrů,“ pokračoval vědec a balonář v popisu letu. V 9.15 nad městem Elstra ve východním Sasku dosáhl balon výšky 4000 metrů. „Začínal jsem se cítit nějak unavený, sáhl jsem už po inhalační masce s kyslíkem, abych se přinejmenším udržel svěží pro odečty měření. Zima už byla patrná. V 4200 metrech jsme naměřili 8,5 stupně pod nulou. Ve 4800 začal také meteorolog Wolf dýchat z kyslíkového přístroje. Kyslík jak u něj, tak u mě účinkoval velmi povzbuzujícím způsobem a výrazně nám zvyšoval frekvenci pulsu. V 10.45 jsme dosáhli 5350 metrů. I přes inhalaci kyslíku jsem se cítil velmi slabý, že jsem sotva byl schopen udržet pozornost na odečty dvou přístrojů, odečty třetího jsem propásl. Rozhodl jsem tedy, přestože nám zbývalo ještě dvanáct pytlů se zátěží, sestoupit a pilot Hoffory zatáhl za ventil,“ popsal dramatické chvíle při dosažení maximální výšky. Při sestupu se Hess cítil zmateně ještě do 4000 metrů. Síly mu ubírala výšková nemoc. Projevila se také nevyspalost (vstával v půl čtvrté ráno) a žaludeční nevolnost. Přesto zvládal zaznamenávat měření i při sestupu. Balon Böhmen přistál po šesti hodinách letu na louce u obce Pieskow 50 kilometrů východně od Berlína. „S vědeckými poznatky tohoto letu mohu být velmi spokojen,“ zhodnotil Hess přínos riskantní výpravy.
Pramen z vesmíru
A co tedy Hess změřil tak převratného? Ve výšce mezi 1400 a 2500 metry zaznamenaly jeho přístroje záření přibližně stejně vysoké jako na zemi, pak ale s narůstající výškou začaly u obou aparátů údaje zřetelně stoupat. Ve 3500 metrech se už zvýšily o pětinu oproti hodnotě naměřené na zemi a o další kilometr výš už ukazovaly dokonce dvojnásobek. „Dosavadní pokusy ukázaly, že pozorované záření má velmi komplexní původ. Jeden díl pochází z radioaktivity substance na zemském povrchu, je v povrchových vrstvách a je relativně malý a mění se. Druhý díl, ovlivněný meteorologickými faktory, pochází od radioaktivity substance atmosféry. Mé balonové pozorování ukazuje, že ještě existuje třetí komponent tohoto záření, který se ve výškách zvyšuje a nad zemí prokazuje zvláštní kolísavé intenzity. Zvláště tomu musí věnovat nejvyšší pozornost další výzkum,“ shrnul své poznatky. Z pohledu fyziky to představovalo přelomový objev, ale tehdy pro něj čas ještě nedozrál. Objev oslovil jen malý okruh vědců, ale ani oni, ani sám Hess ještě nemohli rozeznat jeho potenciál pro budoucnost. „Nikdo tehdy neměl tušení, že další výzkum kosmického záření povede k vysokoenergetické a elementární fyzice. Pak je pochopitelné, že Hess obdržel Nobelovu cenu teprve o čtvrt století později, až roku 1936,“ hodnotí dobový ohlas objevu Rudolf Steinmauer, emeritní profesor univerzity v Innsbrucku, který se podrobně věnoval Hessovu odkazu. A jaké je současné využití poznatků o kosmickém záření? Například i obří urychlovač částic, spuštěný v roce 2008 v Ženevě jako laboratoř pro výzkum nových zdrojů energie, můžeme směle označit za jedno z dětí Hessova objevu.
Rekonstrukce letu
Epochální let z roku 1912 patří ve vědeckém kalendáriu k uznávaným datům. V roce 2001 například skupina univerzitních pracovníků z USA uspořádala rekonstrukci letu s horkovzdušným balonem. Podobný podnik, nezávisle na tomto, se uskutečnil o pět let později i u nás. Znovu vzlétl balon s přístroji na měření kosmického záření. V koši seděl Jiří Grygar. Let „ve stopách Victora Hesse“ byl svérázným dárkem studentů k sedmdesátinám nestora české fyziky. Grygar je Hessovým obdivovatelem a shodou okolností se narodil v tom roce, kdy rakouský vědec přebíral Nobelovu cenu. Balon s Jiřím Grygarem nepokořil pětikilometrovou výšku, ale zastavil se na 3,5 kilometru.
„Nebylo to kvůli tomu, že bych se bál, i když líčení zdravotních problémů tehdy daleko mladšího Hesse nepůsobilo zrovna povzbudivě, ale prostě nám větší výšku nepovolili. Dneska jsou předpisy přísnější, nesmíte se připlést do dráhy letadlům,“ poznamenal Hessův český následovník. Údaje naměřené v průběhu letu se shodovaly s těmi, které kdysi přinesla rozhodující ústecká vzduchoplavba. Další balon připomínající, že objevu kosmického záření je letos právě sto let, by měl vzlétnout letos v Ústí nad Labem.
