Optică

A durat zece ani până când, la 12 noiembrie 2014, sonda spaţială Rosetta a ajuns la cometa Churyumov–Gerasimenko, la 500 de milioane de kilometri de Pământ. Cometele sunt cunoscute cu precădere pentru coada lor caracteristică. De această dată însă, cercetătorii au fost interesaţi de nucleul îngheţat al cometei.

Camera video specială de la bordul sondei, dezvoltată de oamenii de ştiinţă de la Institutul Max Planck, a transmis imagini spectaculoase înapoi la Pământ. Datele au avut nevoie de numai 28 de minute şi 20 de secunde pentru a călători prin spaţiul cosmic. Pentru prima oară în istorie au putut fi văzute astfel de detalii. Acestea nu ar fi putut fi recunoscute de pe Pământ nici folosind cele mai

Sonda spaţială Rosetta înaintea cometei Churyumov–Gerasimenko (colaj)

Care sunt limitele văzului? În anul 1873, fizicianul german Ernst Abbe a calculat faptul că un microscop optic poate releva doar detalii aflate la cel puțin jumătate din lungimea de undă a luminii folosite. Din acest motiv, mult timp fizicienii au crezut că rezoluţia unui microscop optic nu poate fi mai bună de 200 de nanometri.

Limita este însă depăşită în anul 1999. Microscopul STED dezvoltat de fizicianul Stefan Hell din Göttingen relevă detalii de mărimea câtorva nanometri. Inventatorul se foloseşte de un truc. Structurile minuscule sunt iluminate, după care, o parte din lumina radiată de acestea este întreruptă cu o a doua rază luminoasă specială. În acest fel, structurile foarte apropiate nu se expun reciproc la lumină.

Un nanometru corespunde valorii de 0,000000001 metri. Astfel, un microscop STED este de zece până la o sută de ori mai performant decât un microscop optic clasic.
» Vizionează videoclipul "STED - incursiune în universul nano"

Structuri proteice dintr-o celulă sub un microscop STED

Structuri proteice dintr-o celulă privite printr-un microscop convenţional

Cum gândim, simţim şi învăţăm? Aceste întrebări îşi pot găsi răspuns numai dacă structura şi funcţiile creierului sunt bine înţelese. În acest scop, trebuie ca neuronii individuali şi activităţile acestora să devină vizibile. La finele anilor 1980, biofizicianul Winfried Denk a perfecţionat microscopul optic, creând microscopul de fluorescenţă bazat pe excitaţia a doi fotoni.

Acesta transmite fotoni, deci particule de lumină, în interiorul probei, care se suprapun într-un punct definit cu precizie şi se intensifică. În acest fel, cercetătorii pot privi circa un milimetru în interiorul ţesutului cerebral viu, observând direct creierul "la lucru".

Noile proceduri din sfera microscopiei optice deschid noi orizonturi cu precădere în cercetarea neurologică. Deoarece, spre deosebire de microscopia electronică, acestea permit observarea celulelor şi ţesuturilor vii.

Celule vii de retină privite la microscopul de fluorescenţă bazat pe excitaţia a doi fotoni

Ebola, SIDA, vărsatul de vânt, varicela, gripa. Numeroase boli periculoase sunt transmise prin viruşi. A durat însă vreme îndelungată până când cercetătorii au putut identifica aceşti agenţi patogeni. Din simplul motiv că viruşii sunt minusculi, mult mai mici decât bacteriile. Viruşii nu pot fi văzuţi la microscopul optic clasic.

Universul nano şi-a relevat secretele abia în anul 1931, atunci când fizicianul german Ernst Ruska inventează microscopul electronic. Acesta foloseşte în locul luminii raze de electroni cu lungime de undă scurtă. Fizicianul şi fratele său, medicul Helmut Ruska, sunt primii oameni din istorie care observă şi clasifică viruşii. Pentru invenţia sa, Ernst Ruska primeşte în anul 1986 Premiul Nobel pentru Fizică.

Microscoapele electronice moderne ajung la o rezoluţie de până la 0,1 nanometri, permiţând oamenilor de ştiinţă să cerceteze, de exemplu, structura proteinelor.

Ernst Ruska la microscopul electronic, 1955

Microscop electronic modern

În anul 1846, astronomul berlinez Johann Gottfried Galle descoperă planeta Neptun. Telescopul pe care îl foloseşte este cel mai performant al vremii. A fost confecţionat în atelierul opticianului Joseph von Fraunhofer. Acesta este singurul care la începutul secolului al XIX-lea poate realiza lentile de cea mai bună calitate, fără striaţii şi bule de aer.

În prezent, telescoapele moderne sunt cu mult mai performante. Telescopul VLT (Very Large Telescope), de exemplu, alcătuit din patru telescoape mari conectate între ele, ar putea recunoaşte ca puncte luminoase distincte chiar şi farurile aprinse ale unui vehicul de pe Lună. Cercetători de la Institutul Max Planck cercetează în prezent cu ajutorul telescopului VLT Gaura Neagră din centrul Căii Lactee.

Cerul înstelat de deasupra deşertului pare extraordinar de aproape

Telescopul VLT (Very Large Telescope) în deşertul Atacama din Chile