Balon a řeč vesmíru

Před 100 lety prokázal Victor Hess existenci kosmického záření

Někdy roku 1784, sotva několik měsíců po premiérovém vzletu člověka v balonu bratrů Montgolfierů, vzal první aeronaut na světě Jean-François Pilâtre de Rozier do vzduchu jednoho ze svých přátel. Ten, okouzlen, napsal do novin: „Od tohoto okamžiku jsem byl přesvědčen, že toto laciné zařízení by muselo mít velký význam pro armádu – hodilo by se pro zjišťování postavení nepřítele, jeho pohybu, tras přesunu, taktických záměrů i plánů…“ Jak typické – sotva se nějaký vynález dal alespoň trochu zneužít ve vojenství, stalo se tak dřív, než začal sloužit k užitku.

Obě fota: LPNHE, Paris
Rakouský fyzik Victor Hess obklopený vesničany poté, co absolvoval jeden ze svých výstupů.

První válečné nasazení balonu provedli v červnu 1794 Francouzi proti Rakušanům u belgického městečka Fleurus – fyzik a kapitán jménem Coutelle podal francouzskému maršálovi Jeanu Baptistu Jourdanovi zprávu o situaci na bojišti, jak ji obhlédl z koše balonu Enterprenant. (Možná i díky tomu dostali Rakušané na frak.)
Po deseti letech následují nejprve dva výstupy ruského přírodovědce Jurije Zacharova, který v Petrohradské akademii prohlásil, že „balony dosud sloužily jen k nedůstojné atrakci a k honosnému zdolávání rekordů. Je čas využít jich k seriózní a promyšlené vědecké práci“. Po souhlasu učených kolegů tento vědec angažuje zkušeného belgického balonistu Robertsona a v červnu 1804 s ním vystupuje do výšky asi 2000 metrů. Vynáší s sebou sadu teploměrů, barometrů a dalších měřáků. Hlavní součást výstroje však tvořil aparát, jistě první toho druhu na světě, jímž Zacharov skoro čtyři hodiny odebíral v jednotlivých výškách vzorky vzduchu. Akademii pak spolu se svými záznamy a výsledky po­-dal i podrobný popis psychického stavu člověka během vzdušné plavby.
Ještě téhož léta 1804 se uskutečnily dva obdobné vzlety v Paříži. Francouzský institut pověřil čerstvého objevitele jednoho ze zákonů o plynech Josepha Louise Gay-Lussaca a jeho kolegu fyzika Jeana Baptistu Biota úkolem změřit změny zemského magnetismu. Badatelé k tomu použili balon s pozoruhodnou historií: Napřed sloužil Napoleonovi při egyptském tažení, načež ho dostal ministr vnitra, který ho věnoval matematiku Laplacemu, a ten ho zase poskytl vědě.
Gay-Lussac s Biotem vzlétli v srpnu 1804 v zahradě Muzea umění a řemesel. S sebou si uprostřed léta přibrali pár důkladných kožichů, neboť už se vědělo, že čím výše, tím chladněji. Hlavní náklad ovšem tvořily přístroje k měření teploty, tlaku a vlhkosti vzduchu, studiu zemské gravitace a magnetismu, ke zkoumání lomu světla. V přesně určenou dobu zaduněl nad zemí výstřel ze signálního děla a posádka zjišťovala rychlost šíření zvuku v atmosféře. K tomu ve výšce 1200 m muži vypustili včelu a ve výšce 3500 m pěnkavu. Ve 4000 metrech začal balon rotovat, takže svá měření nedokončili. Snad i proto podnikl v září 1804 Gay-Lussac další výstup. Údaje o výškách obou letů se různí, minimálně při jednom výstupu však balon dosáhl nejméně 7376 metrů. Výsledky také vyvrátily domněnky anglického fyzika Johna Daltona, že složení vzduchu se s výškou mění.

Když německý zeměpisec Alexander Humboldt v červnu 1802 vylezl na Chimborazo v Jižní Americe do tehdy rekordní výšky 5759 metrů, popsal své pocity následovně: „Začalo nám všem postupně být špatně. Nutkání k vrhnutí bylo spojeno s určitou mdlobou a bylo daleko obtížnější než nesnáz dýchati. Také nám krvácely dásně a rty. Rovněž oční spojivka u všech naběhla krví…“
Rok nato nám již známý Robertson s kolegou Lhöstem dosáhli v Hamburku výšky kolem 7000 metrů: „Cítili jsme jakousi stísněnost a všeobecnou zmalátnělost. Hučení v uších rostlo, čím víc klesal tlakoměr. Lhöst rovněž jako já měl opuchlé pysky, krví zalité oči, všechny žíly byly naběhlé a vystupovaly zase, když jsme je prstem stlačili. Krev stoupla mému průvodčímu do hlavy tak, že se mu klobouk stal příliš úzkým.“
V září 1805 vystoupal první německý balon vědy. Nesl berlínského gymnaziálního profesora Wilhelma Jungla, který po příliš rychlém výstupu v 5000 metrech omdlel. Zakrátko praskl obal balonu a následoval strmý sestup, spíše pád. Poznáníchtivý kantor si zachránil život tím, že jakmile nabyl vědomí, vyhodil ducha-přítomně z koše všechno, co se dalo. Ctihodné městečko München­berg tak zažilo bombardování vzácnými vědeckými přístroji.
První podrobnější zprávu o výškové nemoci podal pak po sérii výstupů s balonistou Coxwellem do 7000 metrů britský meteorolog James Glaisher v roce 1862: „Měl jsem pocit, že se musím zadusit, byl jsem přesvědčen, že nemohu uskutečnit žádný z předpokládaných pokusů a pozorování a že pokud rychle nese­stoupíme dolů, brzy musí nastat smrt.“ (Experimenty v podtlakových komorách mnohem později ukázaly, že pro zdravého netrénovaného člověka je kritická výška zhruba 7500 m.)

Balonové výzkumy vesmíru zahájil ještě před první světovou válkou rakouský fyzik, docent vídeňské univerzity Victor Franz Hess. Přesněji řečeno, zprvu jen chtěl prokázat, jak vysoko do atmosféry dosahuje záření radioaktivních prvků v zemské kůře. Financován Vídeňskou akademií věd poprvé vzlétl koncem srpna 1911, do června následujícího roku absolvoval dalších pět výstupů (při čtvrtém – v květnu 1912 – ho vítr zanesl z Vídně daleko do Čech, k Sadové u Hradce Králové). Žel, nikdy nevystoupal výš než asi 1600 metrů, takže jeho měření nebyla průkazná. Rozhodl se tedy změnit náplň balonu ze svítiplynu na vodík. A poněvadž v mocnářství jedna z fabrik Spolku pro chemickou a hutní výrobu v Ústí nad Labem vyráběla levný vodík, Hessův sedmý, rozhodující a poslední let startoval odtamtud. Balon Böhmen o obsahu 1680 m³ pilotovaný Wolfgangem Hofforym (třetím členem osádky byl meteorolog Ernst Wolf) vzlétl 7. srpna 1912 dvanáct minut po šesté. Dosáhl výšky 5350 metrů. Přestože aeronauti měli kyslíkové bomby, nevyhnuli se silné nevolnosti. Přistáli čtvrt hodiny po poledni asi 50 km východně od Berlína a ještě téhož dne se vrátili se sbaleným balonem nočním vlakem do Vídně.
Výsledek? Ionizace vzduchu (důsledek průchodu radioaktivního záření) s dosaženou výškou (vzdáleností od pozemských radionuklidů) nejen neklesala, ale dokonce rostla – ve výšce 4,5 kilometru už dosáhla dvojnásobku přízemní hodnoty! Jediným logickým závěrem bylo, že s výškou sílící ionizující záření je mimozemského původu – přichází z vesmíru. Ačkoli Hessovy závěry zprvu narazily, časem se prosadily a v roce 1936 mu přinesly Nobelovu cenu za objev kosmického záření (autorem termínu byl paradoxně jeden z nejvlivnějších Hessových odpůrců laureát Nobelovy ceny Robert Millikan).
(V říjnu 2006 Hessův let částečně rekonstruovali nadšenci v čele s astrofyzikem Jiřím Grygarem, kteří potvrdili, že Hess měřil správně.)

Zatím není pochyb, že věda je nejuznávanější hra lidí na pravdu. V nejjednodušším z možných schémat je tato činnost sycena dvěma základními palivy – zvídavostí jednotlivce (na počátku bádání je otázka, cíl nemusí být známý, měřítkem úspěšnosti je pouze kvalita) a potřebou společnosti (na počátku je úkol, cíl bývá známý, měřítkem je cena a kvantita, tedy dostupnost). Slovenský biolog Ladislav Kováč tuto souběžnost motivů charakterizoval šířeji jako „kulturu reflexe světa a kulturu manipulace s ním“.
Uvažujme dále. Lze si představit, že i zvídavost je dvojí – „fyzická“ (otázky klade prostřednictvím našich smyslů okolní hmotný svět, jako tomu bylo třeba v případě Galilea a volného pádu), nebo „intelektuální“ (otázky vycházejí z abstraktního uvažování, například Kant a jeho imperativy).
Taktéž společenská potřeba může být dle mého soudu v principu dvojí: spontánní (nenásilně plynoucí z okolností, tedy typu „náhodou se to zrovna hodí“), např. loďka či kladka, nebo vynucená (typu „nezbytně to potřebujeme“), třeba katalyzátory spalin do aut, které si vyžádal napřed vynalezený a poté ve své proliferaci stále otravnější automobil.
Byl to, myslím, Friedrich Engels, kdo prohlásil: „Technické potřeby společnosti ženou vývoj vědy víc než deset univerzit!“ Brněnský filozof Josef Šmajs to vystihl větou: „Stále víc se začíná uplatňovat produktivně orientované poznání.“ Věda už tedy nehledá jen poznání pro reflexi, nýbrž z pudinku neznáma vyzobává rozinky s potenciálem zpeněžitelnosti. Výsledky, vyžadované potřebou (třeba i uměle vyvolanou pouze za účelem zisku), jsou pak v rukou slepého byznysu zhusta využívány jednostranně, bezohledně; nejen místně, ale už i globálně škodlivě. S mírnou nadsázkou lze konstatovat, že v současnosti už většinu svého momentálního důvtipu dáváme do služeb mírnění důsledků svého důvtipu předchozího…
Nu, studium kosmického záření nepřispěje k ničemu onačejšímu do garáže, budeme „jen“ lépe znát svůj svět. Astročásticová fyzika je v tomto smyslu proto­typem ryzího vědeckého bádání.

FRANTIŠEK HOUDEK