Pamatny let V. F. Hesse 7. srpna 1912 Mystery Cache

Památný let V. F. Hesse 7. srpna 1912

Victor Franz Hess (24. června 1883 – 17. prosince1964, na obrázku je uprostřed ) byl významný  rakouský fyzik, který v roce 1936 získal Nobelovu cenu za objev kosmického záření. 

Vystudoval univerzitu ve Štýrském Hradci, v období 1910 –1920 byl asistentem v radiologickém ústavu akademie věd ve Vídni, potom profesorem experimentální fyziky na univerzitě ve Štýrském Hradci. V letech 1921 – 1923 vedl výzkumný radiologický ústav na univerzitě ve Washingtonu a od roku 1931 působil jako profesor a též vedoucí ústavu pro výzkum záření v Innsbrucku. Roku 1938 uprchl se svou židovskou ženou do USA, aby unikl nacistické perzekuci. Tam žil až do své smrti roku 1964. 

Krize fyziky na přelomu 19. a 20. století

Koncem 19. a začátkem 20. století se vědcům zdálo, že už skoro vše bylo objeveno a že experimentální poznatky do sebe dobře zapadají. Drobné odchylky mezi teorií a skutečností sice stále byly, ale předpokládalo se, že zpřesněním měřících metod se v budoucnosti odstraní a stávající teorie budou definitivně potvrzeny. Jenže se ukázalo, že všechno je jinak. Třeba vyzařování energie z rozžhaveného absolutně černého tělesa se nechtělo řídit podle příslušných rovnic, planeta Merkur si taky obíhala kolem Slunce jak se jí zachtělo, nebo když se sečetly hmotnosti všech protonů a neutronů v atomovém jádře, tak ve výsledku bylo jádro lehčí než součet hmotností jeho částic („hmota zmizela!“, lamentovali fyzikové). A postupně se objevovaly další a další nesrovnalosti. 

Východiskem z krize muselo být zásadní přehodnocení základních postulátů fyziky a dalších přírodních věd a vznik zcela nových vědeckých oborů. Černá tělesa měla na svědomí vznik kvantové teorie, s drahou Merkura si poradil až A. Einstein se svou obecnou teorií relativity a na tu „krádež“ hmotnosti elementárních částic musel Einstein vymyslet vzorec E_j = Bc², kde B je úbytek hmotnosti a E_j jí odpovídající vazebná energie jádra. 

Zajímavě a rozumně to „mizení hmoty“ objasňoval V. I. Lenin v roce 1909 ve své knize Materialismus a empiriokriticismus. Tvrdil, že hmota nezmizela a ani zmizet nemohla (považoval ji za filozofickou kategorii), ale že občas nabývá forem, které na současném stupni vývoje vědeckého poznání zatím nejsme schopni detekovat. Také tam tvrdě zkritizoval machisty  (byli to hlavně E. Mach, R. Avenarius, A. A. Bogdanov a další), obvinil je z hlásání myšlenek subjektivního idealismu a jako vždycky propagoval dialektický materialismus jakožto jediný správný filozofický směr.

Záhada samovybíjení elektroskopů

Už na počátku 20. století vědce znepokojovalo samovolné vybíjení elektroskopů, pozorované na souši i na moři, daleko od jakýchkoliv radioaktivních materiálů a dokonce i v pancéřovém obalu. (Starší z nás si snad ještě pamatují fyzikální pokus, kdy učitel třel skleněnou tyč jelenicí, pak ji přiložil k přístroji se skleněnou koulí a kovové lístky v ní umístěné se rozestoupily vzájemně odpuzovány elektrostatickým nábojem shodné polarity). Soudilo se, že původcem samovolného vybíjení může být nějaké záření a že jeho zdrojem by mohla být radioaktivita zemské kůry. V roce 1910 jezuitský kněz Theodor Wulf vynesl svůj vylepšený model elektroměru na vrchol Eiffelovy věže a tam, ve výšce 330 metrů, naměřil asi polovinu toho, co bylo naměřeno při zemi. Kdyby šlo pouze o záření gama (to byly nejpronikavější paprsky známé v té době) pocházející ze zemského povrchu, měla by jeho intenzita klesnout na polovinu už v 80 metrech. Musel tedy existovat ještě jiný, neznámý zdroj pronikavého záření. T. Wulf navrhl, aby se pomocí balonu zjistilo, jak vysoko záření proniká, sám se ale k experimentu neodhodlal.

Hessův úspěch

Objasnění tohoto problému se ujal tehdy 29letý V. F. Hess. Roku 1912 při experimentech s balony dospěl k závěru, že toto záření nemá pozemský původ, neboť s rostoucí výškou jeho intenzita stoupá, a že tedy jediným možným zdrojem tohoto záření je vesmír (kosmos). Proto toto záření pojmenoval kosmickým. U Vídně podnikl několik výstupů balonem, ale používaný svítiplyn nebyl schopen vynést balon výš než něco přes dva kilometry, což nestačilo. 

Významný byl až jeho let balonem Böhmen, zapůjčeným Německým vzduchoplaveckým spolkem v Teplicích, s nímž odstartoval 7. srpna 1912 z Ústí nad Labem. Největší chemička Rakousko-Uherska, ústecký Rakouský spolek pro chemickou a hutní výrobu, dodala vodík, který jako jediný byl schopen vynést balon do extrémních výšek. Tříčlennou posádku balonu tvořili pilot, meteorolog a Hess. Startovalo se v 6.12 hod. přímo z areálu ústecké chemičky (foto vlevo). Vystoupali až do výšky 5 350 m a po šesti hodinách (usilovného letu jihovýchodním směrem na Vídeň, jak to prý komentoval Jára Cimrman) přistáli 50 km od Berlína. Let byl poněkud dramatický (Hesse postihla akutní výšková nemoc – podrobnosti zde), ale nakonec všichni let přežili ve zdraví.
Výsledky Hessových měření jednoznačně ukázaly, že od výšky asi tří kilometrů začíná ionizace vzduchu prudce stoupat na mnohonásobek hodnoty, kterou měla v nižších výškách (tabulka i graf na str. 11 a 14) a že tedy ionizaci způsobuje záření přicházející k nám z vesmíru. Jeho objev měl zásadní význam pro další rozvoj fyziky elementárních částic. V. F. Hess za něj zaslouženě získal Nobelovu cenu za fyziku.

Kosmické záření je proud energetických částic pocházejících z kosmu, pohybujících se vysokou rychlostí a dopadajících do zemské atmosféry. Jedná se především o protony (85 až 90 procent) a jádra hélia (9 až 14 procent). Zbytek tvoří elektrony, jádra jiných atomů a další elementární částice. Část kosmického záření pochází ze Slunce; částice s nejvyšší energií však vyletují z mezihvězdného a mezigalaktického prostoru. Doposud nejenergetičtější částice zachycená na Zemi měla energii 3,2*10²⁰ eV, tedy 51 Joulů, což je zhruba tolik,  jako má pětikilogramová cihla padající z výšky jednoho metru(!). Původ kosmického záření není dosud zcela objasněn (více zde). Pro jeho zkoumání je od roku 2004 v Argentině budována a postupně uváděna do provozu Observatoř Pierre Augera, která obsahuje největší detektory kosmického záření na světě. Její dosavadní výsledky jsou pozoruhodné (viz článek J. Grygara zde). Na projektu se významně podílejí také vědci z Fyzikálního ústavu Akademie věd České republiky. 

Oslavy výročí letu V. F. Hesse

Na jeho epochální let se nezapomnělo. Dne 11. 10. 2006 odstartoval horkovzdušný balon Bohemia  z letiště v Kolíně. Členem posádky byl i známý astrofyzik dr. Jiří Grygar, který v balonu zopakoval Hessova měření s přístroji z tehdejší doby. Letecký úřad sice povolil let jen do výšky 3 500 m, ale i tak měření, která dr. Grygar s historickými přístroji provedl, potvrdila Hessovy výsledky a tím i teorii, že měřené záření pochází z kosmu (obrázky a grafy na str. 7 – 14). Úspěšný let byl zakončen přistáním u Nymburka.

Na počest letu V. F. Hesse byla 6. 9. 2012 v areálu Pedagogické fakulty UJEP v Ústí nad Labem instalována pěkná pamětní deska (fotka vlevo a detailní v galerii, viz též waypoint se souřadnicemi). Muzeum města Ústí nad Labem pozvalo veřejnost ke stému výročí letu na Lidické náměstí, kde během festivalu Barevná planeta uspořádalo 8. 9. 2012 pokus o překonání dosavadního rekordu v počtu naráz vypuštěných balonků. Krátce po třetí odpoledne vzlétlo do vzduchu 2012 balonků. Ústečanům se tak podařilo překonat čtyři roky starý rekord, kdy z Prahy a Brna vzlétlo v jeden okamžik 2008 balonků. Překonání tehdejšího rekordu potvrdil Robert Zauer z pelhřimovské agentury Dobrý den a ústecký počin se tak objevil v České knize rekordů.

Tato keš je zase oslavou 10. výročí letu balonu Bohemia s J. Grygarem a měřící aparaturou na palubě (tedy v koši pod balonem).

Jak najít keš

Úloha bude tentokrát docela jednoduchá. Budete počítat objem plynu, který se vejde do vyobrazeného balonu. Jelikož je to balon horkovzdušný, tak plynem bude ohřátý vzduch.
Jeho plášť (správně se mu má říkat plášť obalu balonu ) je kombinací více než poloviny rotačního elipsoidu s poloosami a = 10 m, b = 10 m, c = 7 m a plynule na něj navazujícího komolého kužele se sklonem stěny 37° od svislice, jemuž chybí proti „normálnímu“ kuželu dolních 220 cm, protože tam je kruhový otvor pro přívod ohřívaného vzduchu. (Zobrazil jsem balon z boku; kdyby to byl průřez, tak by na dolním konci samozřejmě nebyl ten „uzávěr“. Stěny kužele na obrázku jsou vlastně tečny k elipse. Elipsa/elipsoid jsou samozřejmě „na ležato“.)
Tloušťku pláště zanedbejte a počítejte objem vzduchu v plášti zobrazeného (idealizovaného) balonu, tedy bez různých nepravidelností, varhánků (vyboulených poledníkových pásů) atd., zkrátka jako geometrická tělesa elipsoid a kužel. Zanedbejte i změny objemu vzduchu s teplotou.
Vypočtený objem zaokrouhlete na celé krychlové metry. Pořadí číslic v čísle obraťte (např. z 1065 m³ dostanete 5601) a takto upravené číslo dosaďte za X. Potom vypočtěte druhou odmocninu z výrazu (X + 30), čímž dostanete číslo ABCDEFGH. Desetinné čárky si nevšímejte a číslici H nezaokrouhlujte. Pak už jen dosaďte:

N 50° 38.993´ + 3*0.EDC´       E 14° 01.442´ – 3*0.GHF´  

Ještě kontrola...

... a je to!

Poznámky

• Tuto keš jsem chtěl umístit poblíž pedagogické fakulty, kde je Hessova pamětní deska. Ale všichni víme, jaká je situace západně od centra města a že tam jen málokterá keš vydržela delší dobu. Takže se nezlobte, že finálka není hned u „místa činu“. Jsou tam ale aspoň základní souřadnice.

• Hessovo křestní jméno je někde psáno jako Victor, jinde jako Viktor. Nepleťte si V. F. Hesse s Rudolfem Hessem, Hitlerovým zástupcem a válečným zločincem, odsouzeným v Norimberku na doživotí. Také letěl, ale letadlem do Anglie (1941)

• Literatura a odkazy
  Přednáška dr. J. Grygara: Astronomové v oblacích. Ke stažení zde, z webu https://www.lib.cas.cz/ks/astronomove-v-oblacich/
  http://casopis.vesmir.cz/clanek/kosmicke-zareni
  http://atominfo.cz/2012/02/ionizujici-zareni-kolem-nas-proc-je-clovek-vystaven-radiaci-po-cely-zivot/
  http://jointlab.upol.cz/slo/jiri-grygar-observator-pierra-augera-polocase
  https://cs.wikipedia.org/wiki/Kosmick%C3%A9_z%C3%A1%C5%99en%C3%AD
  https://cs.wikipedia.org/wiki/Victor_Franz_Hess#/media/File:Cosmicrayshower.png
  http://www.bohemia-balon.cz/reference/grygar
  http://www.czech-press.cz/index.php?option=com_content&view=article&id=7997:echy-v-kosmicke-zai-sp-1242808257&catid=1741&Itemid=148
  Barevné fotky owner, černobílé a balony v příloze z wikipedie jsou pod licencí CC BY-SA nebo volné.
  

Pamětní deska. Kliknutím ji zvětšíte. Detail textu je zde.

Konec

GC6TFAV – verze 1.1 z 5. 11. 2017

(CC BY-SA 3.0 CZ) ladislavappl, 2016