Store opdagelser: Röntgen-strålernes historie
Når en fortyndet gas indesluttes i et glasrør med elektroder, der har et stort spændingsfald, vil der opstå elektriske udladninger i gassen, ofte ledsaget af farveændringer. Studiet af fænomenerne overbeviste fysikerne at, der fra den negative elektrode (katoden) udgik stråler.

Skelettet af en søhest som åbenbaret af de nysgerrige røntgenstråler.

Skelettet af en søhest som åbenbaret af de nysgerrige røntgenstråler.
Partner 50 opdagelser - Højdepunkter i naturvidenskaben

I denne bog gives der en fremstilling af 50 markante gennembrud i naturvidenskaberne. 

 

I 1876 foreslog den unge tyske fysiker Eugen Goldstein (1850-1930) at kalde dem 'katodestråler'.

Det var undersøgelser af katodestråler, der i 1897 fik den engelske fysiker J.J. Thomson (1856-1940) til at identificere dem med en strøm af negative småpartikler – elektroner – og dermed at opdage den første egentlige elementarpartikel.

Men allerede før dette vigtige gennembrud havde de negative stråler dog resulteret i en vaskeægte videnskabelig sensation, nemlig opdagelsen af røntgenstråling eller, som betegnelsen er i mange andre lande, x-stråling.

Röntgen var habil, men ikke synderlig original

Den halvtredsårige fysikprofessor i den sydtyske by Würzburg, Wilhelm Conrad Röntgen (1845-1923), var kendt som en habil, men ikke synderlig original fysiker.

Som så mange af sine kolleger arbejdede han i efteråret 1895 med eksperimentelt at undersøge katodestrålerne og deres svage gennemtrængelighed i stof.

Han havde i sit laboratorium en skærm af et fluorescerende materiale, der lyser op, når det påvirkes af for eksempel ultraviolet lys.

Sent på eftermiddagen fredag den 8. november bemærkede han, at skærmen afgav et svagt og uregelmæssigt lys, når han aktiverede sit udladningsrør – i fuldstændigt mørke og i en afstand af næsten to meter fra røret.

Den usynlige stråling kunne trænge igennem menneskekød

Den tilfældige iagttagelse var overraskende, ikke mindst fordi skærmen var dækket af sort pap og ikke i fysisk kontakt med udladningsrøret. Fænomenet kunne umuligt skyldes en direkte virkning af katodestrålerne, og dog var det virkeligt.

Hvad fik mon skærmen til at lyse op? Den måtte påvirkes af en form af energi, mente Röntgen, en usynlig stråling, der ikke, modsat katodestrålerne, havde nogen elektrisk ladning.

Fakta

 

Denne artikel stammer fra bogen '50 opdagelser - Højdepunkter i naturvidenskaben'. Bogen bringes i samarbejde med Aarhus Universitetsforlag. Køb bogen her

 

Den usynlige stråling viste sig desuden at have en bemærkelsesværdig evne til at trænge gennem stof, i modsætning til både katodestråler og lys. Den kunne gå gennem en tyk bog, men blev stoppet af en blyplade.

Endnu mere bemærkelsesværdigt kunne strålingen trænge gennem hud og kød, og derved vise skygger af knoglerne, som fysikeren erfarede ved et tilfælde.

Röngten var i besiddelse af fotografier af knoglerne i en hånd

Det første røntgenfotografi nogensinde blev taget af hånden af hans kone, Bertha Röntgen, tre dage før juleaften. Professoren i Würzburg var klar over, at han havde fundet noget interessant, ja endda noget meget interessant. Til gengæld havde han ingen anelse om naturen af det, han havde fundet.

Han arbejdede nu på højtryk, og allerede den 28. december havde han færdiggjort sin artikel Über eine neue Art von Strahlen (Om en Ny Slags Stråler), som han sendte til det lokale videnskabelige selskab og samtidigt til flere prominente fysikere i Tyskland og i udlandet.

I artiklen oplyste han, at han var i besiddelse af 'fotografier af skyggerne af knoglerne i en hånd, … af et sæt vægtlodder i en kasse og af et kompas, hvor nålen helt er omgivet af metal'.

Strålerne blev kaldt x-stråler

Offentliggørelsen af Röntgens opdagelse vakte straks kolossal opmærksomhed, ikke blot blandt fysikere og læger, men også i den brede offentlighed. 

For at understrege den ukendte natur af strålerne kaldte han dem for 'x-stråler' (det ville trods alt være lovlig ubeskedent at opkalde dem efter sig selv).

Allerede den 5. januar 1896 viderebragte det førende dagblad i Wien nyheden til sine læsere, og to dage senere havde tyske og engelske aviser fået fat i historien. Den 9. januar optrådte røntgenstrålerne for første gang i amerikanske aviser.

Mange fysikere kastede sig over studiet af de gådefulde stråler

I Danmark lavede den unge ingeniørstuderende Paul Bergsøe (1872-1963) sin egen version af Röntgens stråler og beskrev deres virkninger for danske læsere i Nyt Tidsskrift for Fysik og Kemi.

I sin første offentlige forelæsning om de nye stråler, den 23. januar 1896, viste Röntgen billedet af en hånd, tilhørende Albert von Kölliker (1817-1905), der var professor i anatomi og hans kollega ved universitetet i Würzburg. (Foto: Photo Researchers, Inc./Scanpix.)

Sjældent eller aldrig er en videnskabelig opdagelse blevet modtaget så hurtigt og entusiastisk af såvel videnskabsmænd som almindelige borgere. Alene i året 1896 blev der udgivet 1.044 publikationer om de nye stråler, hvoraf de 49 var bøger.

Blandt de mange fysikere, der i starten af 1896 kastede sig over studiet af de gådefulde røntgenstråler, var Henri Becquerel (1852-1908) i Paris. Hans bestræbelser på at forstå strålingen mislykkedes, men de førte til opdagelsen af radioaktiviteten.

Det vender vi tilbage til i den følgende artikel.

 

Nobel var dybt imponeret

Den svenske rigmand og industrimagnat Alfred Nobel (1833-1896) nåede netop at opleve opdagelsen af Röntgens stråler, de første forsøg på at anvende dem i lægevidenskaben og den virak, opdagelsen førte med sig.

Han var dybt imponeret – det var en opdagelse lige efter hans hjerte.

Det berømte testamente, hvorpå hele Nobelinstitutionen er baseret, var udformet kort tid før opdagelsen blev kendt, men det passede som fod i hose med Röntgens opdagelse, der ikke blot var af stor videnskabelig betydning, men også til menneskehedens gavn (allerede i 1896 blev den første kræftsyge patient forsøgt behandlet med røntgenstråler).

Det kom ikke som nogen overraskelse, at da den første Nobelpris i fysik blev uddelt i 1901, tilfaldt den Röntgen.

 

Strålerne mindede på visse punkter om lys

Mens lægerne kunne bruge de nye røntgenapparater uden at bekymre sig om strålernes natur eller oprindelse, var det for fysikerne et alvorligt problem.

I sine oprindelige undersøgelser havde Röntgen bemærket, at strålerne på visse områder mindede om lys: De udbredte sig i rette linjer, var elektrisk neutrale og sværtede fotografiske plader.

Et tidligt røntgenrør. (Røntgenrør. Steno Museet, Aarhus Universitet. Foto: Lise Balsby, Anders Trærup og Lars Kruse, AU Kommunikation, Aarhus Universitet.)

Så var der tale om en slags lys? Tilsyneladende ikke, i det mindste ikke almindeligt lys, for strålerne blev ikke afbøjet i glasprismer og heller ikke reflekteret af spejle; de gik bare lige igennem.

De viste heller ikke de interferensmønstre, der ellers er karakteristiske for lys og andre elektromagnetiske bølger.

 

Ingen hypoteser holdt vand og forvirringen var total

I mangel af entydig evidens for strålingens natur foreslog Röntgen, at den måske bestod af vibrationer i æteren.

Mens lysbølger vibrerer vinkelret på udbredelsesretningen, var de nye stråler måske 'longitudinale bølger', det vil sige med vibrationer i æteren der var parallelle med udbredelsen, omtrent på samme måde som lydbølger i luft. 

Hypotesen blev diskuteret, men viste sig ikke at holde vand, og det samme var tilfældet med andre forslag, såsom at strålingen bestod af neutrale partikler eller 'pulser' i æteren. Forvirringen var total.

 

Röntgen deltog ikke selv i afklaringsarbejdet

På trods af uvidenheden om hvad røntgenstrålingen egentlig var for noget, gjorde fysikerne fremskridt i deres forståelse af strålernes egenskaber og de måder, de kunne frembringes på. I dette afklaringsarbejde deltog Röntgen ikke selv.

Efter sin banebrydende opdagelse i 1895 publicerede han kun to videnskabelige artikler om det fænomen, der havde gjort ham berømt, nemlig i 1896 og 1897.

Da han fik Nobelprisen, havde han overladt studiet af røntgenstrålingen til andre.

 

Strålingen var elektromagnetisk

Et tiår efter Röntgens opdagelse var der en delvis og forsigtig konsensus om, at strålingen nok alligevel var en slags elektromagnetisk stråling, om end med en meget mindre bølgelængde end den, man kendte fra for eksempel lys.

Et monster fra det ydre rum? Nej, en amerikansk soldat ved en røntgenstation under 1. Verdenskrig, iført beskyttelsesdragt. (Foto: Mand i beskyttelsesdragt. H.J. Hickman, c. 1918. Wellcome Library, London)

Teorien blev dog udfordret af alternative opfattelser, ifølge hvilke strålingen i stedet var en slags strøm af neutrale partikler. Først i 1910'erne, mere end femten år efter opdagelsen, lettede tågen.

Hvis røntgenstrålerne var elektromagnetiske bølger, måtte de spredes på samme måde, som lys spredes i et gitter af tætliggende spalter.

Og hvis bølgelængden var meget lille, måtte gitterafstanden være tilsvarende mindre, måske af samme størrelsesorden som afstanden mellem atomer i krystallinske stoffer.

 

Forståelsen af strukturen af salte og mineraler var nøglen

Baseret på den tyske fysiker Max von Laues (1879-1960) teoretiske overvejelser lykkedes det i 1912 to fysikere i München, Walter Friedrich (1883-1968) og Paul Knipping (1883-1935), at frembringe de karakteristiske spredningsmønstre ved at lade røntgenstråling spredes på krystaller af salt og andre forbindelser.

Disse og efterfølgende eksperimenter viste klart – krystalklart – at røntgenstråler var elektromagnetiske bølger med en ultrakort bølgelængde, nemlig cirka 10-11 meter eller omkring 100.000 gange mindre end bølgelængden for synligt lys.

Samtidig bekræftede de opfattelsen af, at salte består af atomer eller ioner i bestemte krystalstrukturer.

Det var begyndelsen på den yderst vigtige og frugtbare røntgenkrystallografiske metode, der skulle vise sig at være nøglen til en forståelse af strukturen af ikke blot salte og mineraler, men også af komplicerede organiske forbindelser som penicillin, hæmoglobin og DNA.

Metoden er tværvidenskabelig og har ført til en lang række opdagelser i både de kemiske, mineralogiske og biologiske videnskaber.

 

Røntgenstråling er et hyppigt fænomen

Røntgenstrålingen blev opdaget i laboratoriet og skabt i de apparater, der snart blev opkaldt efter Röntgen.

Solen som den ses i dens røntgenlys. (Foto: NASA.)

Først lang tid senere blev man klar over, at strålingen ikke er begrænset til røntgenapparater eller lignende instrumenter.

Den er også et naturligt og endda meget hyppigt forekommende fænomen, om end på en astronomisk og ikke jordisk målestok.

 

Undersøgelser viser en røntgenkilde i Skorpionen

Den første naturlige røntgenkilde uden for Jorden blev identificeret i 1948, da man med en raket registrerede stråling fra Solen ved hjælp af en Geiger-Müller-tæller.

Røntgenastronomien tog dog først sin start i 1962, da den italiensk-amerikanske fysiker Riccardo Giacconi (født 1931) ville undersøge røntgenstråling fra Månen. I stedet opdagede han en meget intens røntgenkilde i stjernebilledet Skorpionen.

Scorpius X-1, som kilden kaldes, befinder sig cirka 9.000 lysår fra Jorden og udsender omkring 60.000 gange så meget energi i form af røntgenstråler, som Solen udsender af stråling i alt.

Fyrre år senere modtog Giacconi Nobelprisen i fysik for sit 'bidrag til astrofysikken, der har ført til opdagelsen af kosmiske røntgenkilder'.

 

Røntgen er stadig et aktivt forsøgsområde

Siden 1960'erne har røntgenastronomien udviklet sig til en stor og vigtig videnskab.

I dag ved vi, at hele universet summer af røntgenstråling, der i store mængder udsendes fra stjerner, galakser og eksotiske kosmiske objekter som supernovaer, kvasarer og gammaglimt.

Røntgens usynlige stråler fra 1895 er stadig et aktivt forskningsområde, der leverer overraskelser og ny viden om naturen.

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Corona-tal

Videnskab.dk går i dybden med den seneste corona-forskning. Læs vores artikler i temaet her.

Hver dag opdaterer vi også de seneste tal.

Dyk ned i grafer om udviklingen i antal smittede, indlagte, døde og vaccinationer i Danmark og alle andre lande.

Ny video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's videojournalister med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.


Ugens videnskabsbillede

Se flere forskningsfotos på Instagram, og læs mere om det utroligt velbevarede dinosaur-foster, som du kan se herunder.

Hej! Vi vil gerne fortælle dig lidt om os selv

Nu hvor du er nået helt herned på vores hjemmeside, er det vist på tide, at vi introducerer os.

Vi hedder Videnskab.dk, kom til verden i 2008 og er siden vokset til at blive Danmarks største videnskabsmedie med 1 million brugere om måneden.

Vores uafhængige redaktion leverer dagligt gratis forskningsnyheder og andet prisvindende indhold, der med solidt afsæt i videnskabens verden forsøger at give dig aha-oplevelser og væbne dig mod misinformation.

Vores journalister fortæller historier om både kultur, astronomi, sundhed, klima, filosofi og al anden god videnskab indimellem - i form af artikler, podcasts, YouTube-videoer og indhold på sociale medier.

Vi stiller meget høje krav til, hvordan vi finder og laver vores historier. Vi har lavet et manifest med gode råd til at finde troværdig information, og vi modtog i 2021 en fornem pris for vores guide til god, kritisk videnskabsjournalistik.

Vores redaktion gør en dyd ud af at få uafhængige forskere til at bedømme betydningen af nye studier, og alle interviewede forskere citat- og faktatjekker vores artikler før publicering.

Hvis du går rundt og undrer dig over stort eller småt, vil vi elske at høre fra dig og forsøge at give dig svar med forskernes hjælp. Send bare dit spørgsmål til vores brevkasse Spørg Videnskaben.

Vi håber, at du vil følge med i forskningens forunderlige opdagelser her på Videnskab.dk.

Få et af vores gratis nyhedsbreve sendt til din indbakke. Du kan også følge os på sociale medier: Facebook, Twitter, Instagram, YouTube eller LinkedIn.

Med venlig hilsen

Videnskab.dk