Universul emană radiații în toate direcțiile longitudinale și undele spectrului electromagnetic. Această radiație este prezentă în toate domeniile vieții și permite funcționarea majorității ecosistemelor planetei și ne încălzește prin transmiterea de energie. Cu toate acestea, există o proprietate în atmosferă care permite trecerea anumitor radiații la suprafața pământului și se numește Fereastra atmosferică.
Ce este fereastra atmosferică?
Puterea specială a atmosferei terestre este de a fi transparentă la anumite radiații care sosesc din spațiul cosmic și, la rândul lor, împiedică trecerea altor radiații la suprafață care ar face imposibilă existența vieții pe pământ. În general, radiațiile permise să pătrundă pe suprafața Pământului din Cosmos sunt undele radio și lumina vizibilă. (plus o mică fracțiune de Radiatii infrarosii și ultraviolete) care corespund așa-numitelor ferestre optice și radio.
Fereastra optică și radio
Atmosfera Pământului are capacitatea de a absorbi radiația electromagnetică din Univers în majoritatea lungimilor sale de undă. Sunt benzi pentru care atmosfera este aproape transparentă, iar două dintre acestea sunt suficient de largi pentru a fi de interes astronomic și pentru a fi ținta unui studiu continuu.
Cea mai cunoscută este „Fereastra optică”, care permite trecerea undelor electromagnetice cunoscute în mod obișnuit ca spectrul vizibil: lungimi de undă de la aproximativ 300 până la 1.000 nanometri (0,3 până la 1 picometru). Al doilea este cunoscut sub numele de „Fereastra radio” care se extinde în lungimi de undă de la 1 milimetru la 15 metri, (300 Ghz - 20 Mhz).
În zona dintre fereastra optică și fereastra radio, absorbția atmosferică se datorează în principal apei și dioxidului de carbon (unele benzi parțial transparente sunt, de asemenea, evidente aici). În ceea ce privește cele mai mari lungimi de undă (între 1 mm și 1 cm), acestea sunt responsabile de absorbția, în principal, a oxigenului și a vaporilor de apă.
Ferestre atmosferice către spectrul electromagnetic
Spectrul electromagnetic se numește alocarea de energie a setului de unde electromagnetice emise sau absorbite de o substanță. Spectrele pot fi observate folosind spectroscoape care, pe lângă faptul că oferă posibilitatea observării spectrului, permit să se facă măsurători pe acesta, precum lungimea de undă, frecvența și intensitatea radiației.
Spectrul electromagnetic se extinde de la radiații cu lungime de undă mai scurtă, cum ar fi razele gamma și razele X, prin lumina ultravioletă, lumina vizibilă și razele infraroșii, până la unde electromagnetice cu lungime de undă mai mare, cum ar fi undele radio. Este posibil ca limita pentru cea mai mică lungime de undă să fie lungimea Planck și ca limita maximă să fie dimensiunea Universului, deși știința afirmă în mod oficial că spectrul electromagnetic este infinit și continuu.
Gama de spectru
Spectrul acoperă energia undelor electromagnetice care au lungimi de undă diferite. Frecvențele de 30 Hz și mai mici sunt adesea produse de anumite nebuloase stelare și sunt relevante pentru studiul lor. Au fost găsite frecvențe foarte înalte, cum ar fi 2.9 * 1027 Hz. Undele electromagnetice de înaltă frecvență au o lungime de undă scurtă și o energie mare, în timp ce undele de joasă frecvență au o lungime de undă lungă și o energie scăzută.
Cu toate acestea, ori de câte ori undele electromagnetice sunt într-un mediu (materie), lungimea lor de undă scade. Lungimile de undă ale radiațiilor electromagnetice, indiferent de mediul prin care se deplasează, sunt în general cotate în termeni de lungime de undă în vid. Radiația electromagnetică este de obicei clasificată în funcție de lungimea de undă: unde radio, microunde, infraroșu și regiune vizibilă, pe care le observăm ca lumină, raze ultraviolete, raze X și raze gamma.
Unde radio
Undele radio sunt de obicei folosite de antene de dimensiuni adecvate (după principiul rezonanței), cu lungimi de undă variind de la sute de metri până la aproximativ un milimetru. Utilizarea acestuia este aplicabilă transmisiei de date, prin modulare. De la rețelele wireless, telefonia mobilă, televiziune și imagistica prin rezonanță magnetică, sunt doar câteva dintre cele mai populare utilizări ale așa-numitelor „Unde radio”.
Cuptor cu microunde
Sunt unde de înaltă frecvență și, prin urmare, au o lungime de undă foarte scurtă, de unde și numele. Proprietatea lor caracteristică este de a excita moleculele de apă și sunt situate între razele infraroșii și undele radio convenționale. Are o lungime de undă aproximativă de 1 mm până la 30 cm. Utilizarea sa este evidentiata in cuptoarele cu microunde pentru a incalzi alimentele care contin lichide.
unde infraroșii
Infraroșul sunt unde din spectrul electromagnetic care se află între lumina roșie vizibilă și undele de început ale regiunii undelor radio. În spațiul Spectrului Electromagnetic se înțelege că această radiație este ceea ce observăm ca căldură.
regiune vizibilă
Este o radiație electromagnetică cu o lungime de undă de aproximativ 400 nm și 700 nm. În acest interval, Soarele și stelele similare cu acesta generează cea mai mare parte a radiației lor, iar frecvența lor este deasupra infraroșului. Lumina pe care o observăm este de fapt o mică parte a spectrului electromagnetic. Curcubeele sunt o mostră din partea vizibilă a spectrului electromagnetic.
Raze ultraviolete
Cunoscută și sub denumirea de raze UV, este o radiație cu o lungime de undă mai scurtă decât capătul violet al spectrului vizibil. Datorită energiei sale, radiațiile ultraviolete pot rupe legăturile chimice, făcând moleculele excepțional de reactive sau ionizându-le, ceea ce ar fi garantul unei modificări a comportamentului lor, din acest motiv arsurile solare și chiar cancerul sunt atribuite razelor UV ale pielii.
raze X
Razele X vin după ultraviolete. Razele X dure au lungimi de undă mai scurte decât razele X moi. Utilitatea sa este aplicabilă pentru a vedea prin unele obiecte. Emisia de raze X de la stelele neutronice și discurile de acreție sunt cele care permit studiul acestor unde electromagnetice. Razele X sunt utile în medicină și industrie. Stelele și mai ales unele tipuri de nebuloase sunt principalii emițători de raze X.
Raze gamma
Razele Gamma vin după Raze X și sunt cei mai energici fotoni, iar limita inferioară a lungimii lor de undă este necunoscută. Ele oferă utilitate astronomilor în studiul obiectelor sau regiunilor de înaltă energie și sunt utile fizicienilor datorită capacității lor de penetrare și producției lor de radioizotopi. Dimensiunea de undă a razelor gamma este măsurată cu mare precizie prin intermediul împrăștierii Compton.
Spectre de emisie și absorbție
Spectrul de emisie atomică al unui element este un set de frecvențe ale undelor electromagnetice emise de atomii acelui element, în stare gazoasă, atunci când i se comunică energie. Spectrul de emisie al fiecărui element este unic și poate fi utilizat pentru a stabili dacă acel element face parte dintr-un compus necunoscut.
Spectrul de absorbție arată fracția de radiație electromagnetică incidentă pe care o absoarbe un material într-un interval de frecvențe. Fiecare element chimic are linii de absorbție la anumite lungimi de undă, fapt care este legat de diferențele de energie ale diferiților săi orbitali atomici. De fapt, spectrul de absorbție este utilizat pentru a identifica elementele componente ale unor probe, precum lichide și gaze; dincolo, poate fi folosit pentru a determina structura compușilor organici.
Este important de subliniat că, în ceea ce este cunoscut ca Ferestre atmosferice, există doar foarte puțină sau deloc absorbția sau emisia de radiații electromagnetice de către componentele aerului între obiectul de măsurat și instrumentele de măsurare.