Vědci experimentálně měřili Dopplerův jev na velmi neobvyklé úrovni. 169 let po jeho objevení prokázali, že platí pro molekuly stejně jako pro planetární systémy. Jejich objev pomůže lépe využívat fyzikálně-chemické metody a také přesněji chápat chemické vlastnosti molekul.

Jedním z nejběžnějších příkladů Dopplerova efektu (viz box) je zdánlivá změna výšky tónu sirény na vozidle, projíždějícím okolo vás. Zvuk přibližující se sirény se zdá být vyšší a vzdalující se nižší, než ve skutečnosti je.

Určitě je lákavé použít Dopplerův jev i k vysvětlení toho, proč vám radar naměřil 65 km/h v obci, ale to obvykle nebývá bráno v potaz, jak již experimentálně ověřili mnozí laičtí badatelé.

Většina příkladů Dopplerův efekt popisuje změnou frekvence vlnění (světla, zvuku), když se jeden objekt pohybuje oproti druhému v přímém směru, třeba jako právě auto kolem radaru. Méně je však známo, že podobný efekt lze pozorovat, i když se nějaký objekt nepohybuje přímočaře, to znamená, když například rotuje.

V astrofyzice se Dopplerův efekt projevuje posuvem spektrálních čar vyzařovaných tělesy vzdalujícími se od země (tzv. rudý posuv) nebo se k Zemi blížícími (naopak modrý posuv). Je však používán i k určení rotační rychlosti kosmických těles či složitějších objektů.

Podobnost čistě nenáhodná

Nyní se podařilo vědcům jej experimentálně prokázat na úrovni opravdu stěží představitelné. Na úrovni „nanovesmíru“. Na úrovni rotace jedné molekuly. Již předtím měli podezření, že by to nějak tak mohlo být, ale teprve složité experimenty s použitím synchrotronu (viz rámeček) jejich podezření potvrdily.

„Z pozorování velkých těles, například rotujících planet nebo galaxií, existuje dostatek důkazů o rotačním Dopplerově jevu,“ vysvětluje základní myšlenku T. Darrah Thomas, profesor chemie na Oregon State University v USA. „Když se planeta otáčí, světlo přicházející od ní se zdá mít vyšší frekvenci na straně otáčející se směrem k vám a nižší frekvence na straně otáčející se směrem od vás.

Ale pak vás nutně musí napadnout, že stejný základní princip by měl působit i na molekulární úrovni.“.

Podrobnosti o vysoké (energetické) úrovni

V nové studii se podařilo vědcům z Japonska, Švédska, Francie a Spojených států skutečně experimentálně prokázat předpoklad, že stejný efekt lze pozorovat i na molekulární úrovni! A dokonce se zdá, že na této úrovni hmoty může být rotační Dopplerův efekt ještě důležitější, než u lineárního pohybu molekul, jak tvrdí vědci, kteří důkaz provedli.

„Tato měření rozhodně najdou uplatnění při objasňování a dokonalejším pochopení molekulární spektroskopie, metody založené na interakci elektromagnetického záření se vzorkem. Je nepostradatelná pro studium struktury a chemických vlastností molekul.

To je také významné pro studium excitovaných elektronů, tedy elektronů na vyšší energetické hladině,“ vysvětlil Thomas.

Co objevil Christian Doppler?

„Měřitelný posun ve frekvenci a vlnové délce přijímaného signálu oproti vysílanému, při vzájemné nenulové rychlosti vysílače a přijímače,“ to je stručně vyjádřená podstata jevu nazvaného Dopplerův efekt.

Pro zajímavost – rakouský fyzik Christian Doppler (1803–1854) jej popsal během svého pobytu v Praze v roce 1842.

Synchrotron je speciální případ

*Synchrotron je speciální případ urychlovače částic, ve kterém je svazek prolétajících částic, např. elektronů, synchronizován s magnetickým a elektrickým polem.

*Změna směru pohybu elektronů generuje intenzivní elektromagnetické záření v širokém spektru, které může mít specifikovanou vlnovou délku i polarizaci.

*Metody využívající princip synchrotronu mají široké použití. Jedna z nich, IRENI (Infrared Environmental Imaging), vyvinutá v Synchrotron Radiation Center (SRC) v University of Wisconsin-Milwaukee v USA, například umožňuje neuvěřitelné zobrazení molekulárního složení vzorku tkáně.

*„Můžete se podívat na rozložení funkčních skupin důležitých molekul, jako jsou bílkoviny, sacharidy a tuky,“ říká profesorka Carol Hirschmuglová, „takže získáte současně detailní informace o fyzikálních i chemických vlastnostech.“.