Optik

Der skulle gå ti år, før rumsonden Rosetta landede på kometen Tjurjumov-Gerasimenko den 12. november 2014 – en rejse på 500 millioner kilometer. Kometer er normalt kendte for deres karakteristiske hale. På denne ekspedition var man dog særligt interesseret i kometens jernholdige kerne.

Et specialkamera, der var udviklet af forskere fra Max Planck Instituttet i Göttingen, sendte spektakulære billeder fra rumsonden ned på jorden. Datatransmissionen tog nøjagtig 28 minutter og 20 sekunder. Aldrig før havde man set så mange detaljer. Selv med de bedste teleskoper, ville man ikke have kunnet se dem fra jorden.

Rumsonden Rosetta foran kometen Tjurjumov-Gerasimenko (collage)

Hvor går synets grænser? I 1873 udregnede den tyske fysiker Ernst Abbe, at et lysmikroskop kun kan vise detaljer, der befinder sig mindst en halv bølgelængde fra det lys, man arbejder med. Derfor troede mange fysikere i lang tid, at et lysmikroskops opløsning ikke kan være højere end 200 nanometer.

I 1999 blev denne grænse imidlertid overskredet: STED-mikroskopet, der er udviklet af fysikeren Stefan Hell fra Göttingen, viser detaljer, der kun er få nanometer store. Tricket består i at få de mikroskopiske strukturer til at lyse, hvorefter en del af det udstrålede lys spaltes fra, idet man retter en anden lysstråle mod dem. Det forhindrer, at tætliggende strukturer overstråler hinanden.

En nanometer er på 0,000000001 meter. Det gør STED-mikroskopet mellem ti til hundrede gange mere effektivt end et klassisk lysmikroskop.
» Se video’en “STED – lysglimt i nanoverdenen”

Proteinstrukturer i en celle set gennem et STED-mikroskop

Proteinstrukturer i en celle set gennem et normalt mikroskop

Hvordan tænker, føler og lærer vi? Disse spørgsmål kan kun besvares, hvis man nøjagtigt kender hjernens funktion og opbygning. Dertil skal man kunne se ind i de enkelte nerveceller og følge deres aktivitet. Biofysikeren Winfried Denk udviklede i slutningen af 1980’erne det såkaldte fluorescensmikroskop:

Her sender en laserstråle fotoner, altså lyspartikler, ind i en vævsprøve, således at disse på et fast defineret punkt overlapper og forstærker hinanden. Det gør det muligt for forskerne at se cirka en millimeter ind i levende hjernevæv og observere hjernen direkte, mens den arbejder.

Særligt inden for hjerneforskningen åbner de nye lysmikroskopiske metoder store muligheder. I modsætning til elektronmikroskopien gør lysmikroskopien det nemlig muligt at undersøge levende celler og væv.

Levende nethindecelle under et fluorescensmikroskop

Ebola, aids, kopper, mæslinger, influenza – mange farlige sygdomme skyldes virusoverførsel. Alligevel gik der lang tid, før forskere identificerede virus som sygdomsfremkaldende. Det skyldtes, at virus er meget små – meget mindre end bakterier – og derfor ikke var synlige under et klassisk lysmikroskop.

Først i 1931, da den tyske fysiker Ernst Ruska opfandt elektronmikroskopet, fik man indblik i nanoverdenen. I stedet for lys anvendte Ruska kortbølgede elektronstråler. Sammen med sin bror, medicineren Helmut Ruska, var han den første til at iagttage og klassificere virus. I 1986 fik han Nobelprisen i fysik for sin opfindelse.

Moderne elektronmikroskoper har en opløsning på op til 0,1 nanometer og gør det for eksempel muligt at lave en nøjagtig undersøgelse af proteiner.

Ernst Ruska ved elektronmikroskopet, cirka 1955

Et moderne elektronmikroskop

I 1846 opdagede astronomen Johann Gottfried Galle fra Berlin planeten Neptun. Han benyttede en kikkert, der var den bedste af sin slags på den tid. Den stammede fra optikeren Joseph von Fraunhofers værksted i Bayern. Fraunhofer var den eneste, der i starten af det 19. århundrede kunne fremstille linser i så høj kvalitet – uden striber og bobler.

Moderne teleskoper kan selvfølgelig meget mere. Med det såkaldte Very Large Telescope (VLT), der består af fire store med hinanden forbundne teleskoper, ville man endda kunne se lygterne på en bil på månen som to separate lyspunkter. Forskere fra Max Planck Instituttet i Garching er for tiden ved at udforske det sorte hul i mælkevejens centrum med VLT’en.

Man kan næsten gribe efter stjernerne på den klare himmel over ørkenen

Very Large Telescope (VLT) i den chilenske Atacamaørken