Оптики

Пройшло 10 років, перш ніж 12 листопада 2014 року космічний зонд «Розетта» долетів до комети Чурюмова-Герасименка, віддаленої на 500 мільйонів кілометрів від Землі. Комети відомі передовсім своїм характерним шлейфом. Але цього разу вчених особливо цікавило металічне ядро комети.

Створена вченими товариства імені Макса Планка спеціальна камера на борту зонда посилала сенсаційні знімки на Землю. При цьому політ даних крізь Всесвіт тривав рівно 28 хвилин і 20 секунд. Досі ніхто не міг бачити таких деталей. Їх неможливо було спостерігати із Землі навіть через найпотужніші телескопи.

Космічний апарат «Розетта» на фоні комети Чурюмова-Герасименка (колаж)

Де межі зорових можливостей? У 1873 році німецький фізик Ернст Аббе підрахував, що через світовий мікроскоп можна бачити лише деталі, відстань між якими становить щонайменше половину довжини хвилі світла, що використовується для спостереження. Тому дуже довго фізики вважали, що роздільна здатність світлового мікроскопа не може перевищувати 200 нанометрів.

Проте в 1999 році цей поріг було подолано: STED-мікроскоп, створений фізиком із Ґьоттінґена Штефаном Геллем, показує об'єкти розміром лише в кілька нанометрів. Ідея така: крихітні структури піддаються люмінесценції, після цього частина світла, яке випромінюється ними, нейтралізується другим спеціальним променем світла. Це запобігає взаємному накладанню світлових променів структур, розташованих у безпосередній близькості.

1 нанометр становить 0,000000001 метра. Тим самим STED-мікроскоп потужніший від класичного світлового мікроскопа в десятки й сотні разів.
» Відео «STED – світлові проблиски у наносвіті»

Протеїнові структури в клітині крізь STED-мікроскоп

Протеїнові структури в клітині крізь звичайний мікроскоп

Мікроскопія і дослідження мозку Як ми думаємо, відчуваємо і навчаємося? Відповісти на ці питання можна лише за умови точного розуміння побудови й функціонування головного мозку. Для цього необхідно зробити зримими нервові клітини та їхню діяльність. Наприкінці 1980-х років біофізик Вінфрід Бенк створив на основі світлового мікроскопа двофотонний флуоресцентний лазерний мікроскоп: лазер направляє фотони, тобто часточки світла, на зразок так, щоб вони накладались і взаємно посилювали один одного у точно визначений точці.

Таким чином вченим, зокрема, вдалося заглянути на глибину приблизно одного міліметра в живу тканину мозку і провести спостереження за «працюючим» мозком.

Саме нові методи світлової мікроскопії відкривають великі можливості для досліджень мозку. Адже завдяки їхньому застосуванню на відміну від електронної мікроскопії можна здійснювати дослідження живих клітин і тканини.

Живі клітини сітківки ока у зображенні, отриманому за допомогою двофотонного флуоресцентного лазерного мікроскопа

Ебола, ВІЛ/СНІД, віспа, кір, грип – багато небезпечних хвороб переносяться вірусами. Та все ж пройшло чимало часу, перш ніж вченим вдалося виявити цих збудників хвороб. Причина – крихітний розмір вірусів, які набагато менші від бактерій. Віруси неможливо побачити крізь класичний світловий мікроскоп.

І лише винахід німецького фізика Ернста Руски в 1931 році дав можливість заглянути в наносвіт. Замість світла Руска застосував короткохвильові електронні промені. Разом із своїм братом, медиком Гельмутом Руска цьому фізику вдалося вперше у світі виявити віруси й класифікувати їх. За свій винахід Руска у 1986 році отримав Нобелівську премію з фізики.

Сучасна електронна мікроскопія дозволяє досягнути роздільної здатності до 0,1 нанометра й дає, наприклад, можливість вченим проводити точні дослідження протеїнів.

Ернст Руска біля електронного мікроскопа, близько 1955 року

Сучасний електронний мікроскоп

У 1846 році астроном з Берліна Йоганн Ґоттфрід Ґалле відкрив планету Нептун. Використана ним для цього підзорна труба була найкращим приладом того часу. Вона була виготовлена в майстерні баварського оптика Йозефа фон Фраунгофера – лише він на початку XIX століття міг виробляти лінзи найвищої якості без внутрішніх прозорих смужок чи ниток або пухирців.

Сучасні телескопи потужніші в багато разів: наприклад, Дуже Великий Телескоп (ДВТ), що складається з чотирьох пов'язаних між собою телескопів, міг би розпізнати світло фар автомобіля на Місяці у формі окремих світлових точок. Вчені інституту імені Макса Планка за допомогою ДВТ досліджують нині «чорну діру» в центрі Чумацького Шляху.

До зірок у чистому небі над пустелею можна, здавалося б, дотягнутися рукою

Дуже Великий Телескоп (ДВТ) в чилійській пустелі Атакама