ოპტიკა

ათი წელი დასჭირდა კოსმოსურ ზონდს „როზეტა“ იმისთვის, რომ 2014 წლის 12 ნოემბერს მიეღწია დედამიწიდან 500 მილიონი კილომეტრით დაშორებულ კომეტამდე „ჩურიუმოვ-გერასიმენკო“ (Tschurjumow-Gerassimenko). კომეტები, პირველ ყოვლისა, თავისი დამახასიათებელი კუდითაა ცნობილი. თუმცა, ამჯერად მენციერებს კომეტის ყინულოვანი ბირთვი აინტერესებთ:

მაქს პლანკის საზოგადოების მკვლევარების მიერ შემუშავებული, ზონდის ბორტზე დამონტაჟებული სპეციალური კამერა გასაოცარ ფოტოებს აგზავნის დედამიწაზე. მონაცემები კოსმოსის გავლით 28 წუთსა და 20 წამში ჩამოდის. დღემდე არავის უხილავს ამგვარი დეტალები. საუკეთესო ტელესკოპებითაც კი დედამიწიდან ამის დანახვა შეუძლებელი იქნებოდა.

კოსმოსური ზონდი „როზეტა“ კომეტა „ჩურიუმოვ-გერასიმენკო“ -ს წინ (კოლაჟი)

სად გადის მხედველობის ზღვარი? 1873 წელს გერმანელი ფიზიკოსი ერნსტ აბე (Ernst Abbe) გამოითვლის, რომ ოპტიკურ მიკროსკოპში მხოლოდ იმ დეტალების დანახვაა შესაძლებელი, რომლებიც ერთმანეთისგან მინიმუმ გამოყენებული სინათლის ტალღის სიგრძის ნახევარი მანძილითაა დაშორებული. ამიტომაც ფიზიკოსები დიდი ხნის მანძილზე მიიჩნევენ, რომ ოპტიკური მიკროსკოპის გარჩევადობა 200 ნანომეტრზე უკეთესი ვერ გახდება.

მაგრამ, 1999 წელს ეს ზღვარი გადაილახება: გეტინგენელი ფიზიკოსის შტეფან ჰელის მიერ შემუშავებული STED-მიკროსკოპი უჩვენებს იმ დეტალებსაც, რომელთა ზომა მხოლოდ რამდენიმე ნანომეტრია. ხრიკი იმაში მდგომარეობს, რომ უმცირეს სტრუქტურებს ჯერ ანათებენ, შემდეგ მათ მიერ გამოსხივებული სინათლის ნაწილს მეორე, სპეციალური სინათლის სხივით ისევ თიშავენ. ამგვარად ერთმანეთთან ძალზე ახლომდებარე სტრუქტურები ერთმანეთს ვეღარ აბნელებს.

ერთი ნანომეტრი უდრის 0,000000001 მეტრს. ამგვარად, STED-მიკროსკოპი 10-100-მაგად მძლავრია კლასიკურ ოპტიკურ მიკროსკოპზე.
» ვიდეო „STED-სხივები ნანოსამყაროში“

ცილების სტრუქტურები უჯრედში STED-მიკროსკოპის ქვეშ

ტრადიციული მიკროსკოპით დანახული ცილების სტრუქტურები უჯრედში

როგორ ვაზროვნებთ, ვგრძნობთ და ვსწავლობთ? ამ კითხვებზე პასუხის გაცემას მხოლოდ მაშინ შევძლებთ, როდესაც გავიგებთ, როგორაა მოწყობილი და როგორ ფუნქციონირებს თავის ტვინი. ამისათვის თვალსაჩინო უნდა გავხადოთ ცალკეული ნერვული უჯრედები და მათი აქტივობა. ბიოფიზიკოსი ვინფრიდ დენკი (Winfried Denk), ხვეწს რა ოპტიკურ მიკროსკოპს, 1980 წელს ქმნის ორფოტონიან ფლუორესცენციულ მიკროსკოპს:

ლაზერი აგზავნის ფოტონებს სინჯში იმგვარად, რომ ისინი ზუსტად განსაზღვრულ წერტილში შრევდება და ძლიერდება, რაც მკველვარებს აძლევს საშუალებას, ცოცხალ ტვინში ერთი მილიმეტრის სიღრმეზე ჩაიხედონ და ამგვარად თავის ტვინს „მუშაობისას“ დაარკვირდნენ.

სწორედ თავის ტვინის კვლევისთვისაა ოპტიკურ-მიკროსკოპული მეთოდი შეუფასებელი, ვინაიდან მისი წყალობით, ელექტრონული მიკროსკოპიისგან განსხვავებით, შესაძლებელია ცოცხალი უჯრედებისა და ქსოვილების გამოკვლევა.

ბადურის ცოცხალი უჯრედები ორფოტონიან ფლუორესცენციული მიკროსკოპის ქვეშ

ებოლა, შიდსი, ყვავილი, წითელა, გრიპი - ვირუსები მრავალი საშიში დაავადების გადამტანია. დიდი ხანი დასჭირდებათ მკლევარებს ამ დაავადებების გამომწვევების დასადგენად. მიზეზი გახლავთ ის, რომ ვირუსები პაწაწკინტელებია, გაცილებით პატარა ვიდრე ბაქტერიები. კლასიკური ოპტიკური მიკროსკოპის ქვეშ ვირუსები არ ჩანს.

მხოლოდ გერმანელი ფიზიკოსის ერნსტ რუსკას (Ernst Ruska) გამოგონების - ელექტრონული მიკროსკოპის წყალობით გახდება შესაძლებელი 1931 წელს ნანოსამყაროში ჩახედვა. სინათლის ნაცვლად რუსკა მოკლეტალღიან ელექტრონულ სხივებს იყენებს. ძმასთან, მედიკოს ჰელმუტ რუსკასთან (Helmut Ruska) ერთად, ფიზიკოსი პირველი დააკვირდება ვირუსებს და მათ კლასიფიცირებას მოახდენს. ამ გამოგონებისთვის 1986 წელს ერნსტ რუსკა ფიზიკის დარგში ნობელის პრემიით ჯილდოვდება.

თანამედროვე ელექტრონული მიკროსკოპების გარჩევადობა 0,1 ნანომეტრს უდრის, რაც საშუალებას გვაძლევს, უფრო ზუსტად გამოვიკვლიოთ, მაგალითად, ცილები.

ერნსტ რუსკა ელექტრონულ მიკროსკოპთან, დაახლოებით 1955

თანამედროვე ელექტრონული მიკროსკოპი

1847 წელს ბერლინელი ასტრონომი იოჰან გოტფრიდ გალე (Johann Gottfried Galle) აღმოაჩენს პლანეტა ნეპტუნს. ტელესკოპი, რომელსაც იგი ამისთვის გამოიყენებს, საუკეთესოა მის თანამედროვე ტელესკოპთა შორის. იგი დამზადებულია ბავარიელი ოპტიკოსის იოზეფ ფონ ფრაუნჰოფერის (Joseph von Fraunhofer) სახელოსნოში, მხოლოდ მას შეუძლია მე-19 საუკუნის დასწყისში უმაღლესი ხარისხის ლინზების დამზადება ჯავარისა და ბუშტუკების გარეშე.

თანამედროვე ტელესკოპები მრავალგზის ეფექტურია: მაგალითისთვის, Very Large Telescope (VLT), რომელიც ერთმანეთთან დაკავშირებული ოთხი დიდი ტელესკოპისგან შედგება, მთვარეზე ავტომობილის ფარების სინათლის განცალკევებულ წერტილებად დანახვასაც კი შეძლებდა. მაქს პლანკის საზოგადოების მეცნიერები ამჟამად VLT-ით ირმის ნახტომის ცენტრტში შავ ხვრელს იკვლევენ.

უდაბნოს თავზე ისეთი კრიალა ცაა, გეგონება ვარსკვლავებს ხელით მიწვდები

Very Large Telescope (VLT) ჩილეს ატაკამას უდაბნოში