Το Σύμπαν εκπέμπει ακτινοβολία σε όλες τις διαμήκεις κατευθύνσεις και τα κύματα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Αυτή η ακτινοβολία είναι παρούσα σε όλους τους τομείς της ζωής και επιτρέπει τη λειτουργία των περισσότερων οικοσυστημάτων του πλανήτη και μας ζεσταίνει μεταδίδοντας ενέργεια. Ωστόσο, υπάρχει μια ιδιότητα στην ατμόσφαιρα που επιτρέπει τη διέλευση ορισμένης ακτινοβολίας στην επιφάνεια της γης και ονομάζεται Ατμοσφαιρικό παράθυρο.
Τι είναι το ατμοσφαιρικό παράθυρο;
Είναι η ειδική δύναμη της ατμόσφαιρας της γης να είναι διαφανής σε ορισμένες ακτινοβολίες που φτάνουν από το διάστημα και με τη σειρά τους εμποδίζει τη διέλευση άλλων ακτινοβολιών στην επιφάνεια που θα καθιστούσαν αδύνατη την ύπαρξη ζωής στη γη. Γενικά, οι ακτινοβολίες που επιτρέπεται να εισέλθουν στην επιφάνεια της Γης από τον Κόσμο είναι ραδιοκύματα και ορατό φως. (συν ένα μικρό κλάσμα του υπέρυθρη ακτινοβολία και υπεριώδες) που αντιστοιχούν στα λεγόμενα οπτικά και ραδιοφωνικά παράθυρα.
Παράθυρο οπτικού και ραδιοφώνου
Η ατμόσφαιρα της Γης έχει την ικανότητα να απορροφά την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία από το Σύμπαν στα περισσότερα μήκη κύματός του. Υπάρχουν μπάντες για τις οποίες η ατμόσφαιρα είναι σχεδόν διάφανη, και δύο από αυτά είναι αρκετά φαρδιά ώστε να παρουσιάζουν αστρονομικό ενδιαφέρον και να αποτελέσουν στόχο συνεχούς μελέτης.
Το πιο γνωστό είναι το «Οπτικό Παράθυρο», το οποίο επιτρέπει τη διέλευση ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων που είναι κοινώς γνωστά ως ορατό φάσμα: μήκη κύματος από περίπου 300 έως 1.000 νανόμετρα (0,3 έως 1 πικόμετρο). Το δεύτερο είναι γνωστό ως «Ραδιοφωνικό Παράθυρο» που εκτείνεται σε μήκη κύματος από 1 χιλιοστό έως 15 μέτρα, (300 Ghz - 20 Mhz).
Στη ζώνη μεταξύ του οπτικού παραθύρου και του ραδιοπαραθύρου, η ατμοσφαιρική απορρόφηση οφείλεται κυρίως στο νερό και το διοξείδιο του άνθρακα (κάποιες μερικώς διαφανείς ζώνες είναι επίσης εμφανείς εδώ). Όσον αφορά τα μεγαλύτερα μήκη κύματος (μεταξύ 1 mm και 1 cm), είναι υπεύθυνα για την απορρόφηση, κυρίως, οξυγόνου και υδρατμών.
Ατμοσφαιρικά παράθυρα στο Ηλεκτρομαγνητικό Φάσμα
Ηλεκτρομαγνητικό Φάσμα ονομάζεται η κατανομή ενέργειας του συνόλου ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων που εκπέμπονται ή απορροφώνται από μια ουσία. Τα φάσματα μπορούν να παρατηρηθούν χρησιμοποιώντας φασματοσκόπια που, εκτός από τη δυνατότητα παρατήρησης του φάσματος, επιτρέπουν να γίνονται μετρήσεις σε αυτό, όπως το μήκος κύματος, η συχνότητα και η ένταση της ακτινοβολίας.
Το Ηλεκτρομαγνητικό Φάσμα επεκτείνεται από ακτινοβολία μικρότερου μήκους κύματος, όπως ακτίνες γάμμα και ακτίνες Χ, μέσω υπεριώδους φωτός, ορατού φωτός και υπέρυθρων ακτίνων, σε ηλεκτρομαγνητικά κύματα μεγαλύτερου μήκους κύματος, όπως τα ραδιοκύματα. Είναι πιθανό το όριο για το μικρότερο μήκος κύματος να είναι το μήκος Planck και το μέγιστο όριο να είναι το μέγεθος του Σύμπαντος, αν και Η επιστήμη επισήμως υποστηρίζει ότι το ηλεκτρομαγνητικό φάσμα είναι άπειρο και συνεχές.
Εύρος φάσματος
Το φάσμα καλύπτει την ενέργεια των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων που έχουν διαφορετικά μήκη κύματος. Συχνότητες 30 Hz και κάτω παράγονται συχνά από ορισμένα αστρικά νεφελώματα και είναι σχετικές με τη μελέτη τους. Έχουν βρεθεί πολύ υψηλές συχνότητες όπως 2.9 * 1027 Hz Τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα υψηλής συχνότητας έχουν μικρό μήκος κύματος και υψηλή ενέργεια, ενώ τα κύματα χαμηλής συχνότητας έχουν μεγάλο μήκος κύματος και χαμηλή ενέργεια.
Ωστόσο, όποτε τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα βρίσκονται σε ένα μέσο (ύλη), το μήκος κύματός τους μειώνεται. Τα μήκη κύματος της ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, ανεξάρτητα από το μέσο μέσω του οποίου ταξιδεύουν, αναφέρονται γενικά ως προς το μήκος κύματος στο κενό. Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία ταξινομείται συνήθως ανάλογα με το μήκος κύματος: ραδιοκύματα, μικροκύματα, υπέρυθρη και ορατή περιοχή, που παρατηρούμε ως φως, υπεριώδεις ακτίνες, ακτίνες Χ και ακτίνες γάμμα.
Ραδιοκύματα
Τα ραδιοκύματα χρησιμοποιούνται συνήθως από κεραίες του κατάλληλου μεγέθους (σύμφωνα με την αρχή του συντονισμού), με μήκη κύματος που κυμαίνονται από εκατοντάδες μέτρα έως περίπου ένα χιλιοστό. Η χρήση του είναι εφαρμόσιμη στη μετάδοση δεδομένων, μέσω διαμόρφωσης. Από ασύρματα δίκτυα, κινητή τηλεφωνία, τηλεόραση και μαγνητική τομογραφία, είναι μερικές μόνο από τις πιο δημοφιλείς χρήσεις των λεγόμενων «Ραδιοκύματα».
Φούρνο μικροκυμάτων
Είναι κύματα υψηλής συχνότητας και επομένως έχουν πολύ μικρό μήκος κύματος, εξ ου και το όνομά τους. Η χαρακτηριστική τους ιδιότητα είναι να διεγείρουν τα μόρια του νερού και βρίσκονται ανάμεσα στις υπέρυθρες ακτίνες και τα συμβατικά ραδιοκύματα. Έχει μήκος κύματος κατά προσέγγιση από 1 mm έως 30 cm. Η χρήση του αποδεικνύεται σε φούρνους μικροκυμάτων για τη θέρμανση φαγητών που περιέχουν υγρά.
υπέρυθρα κύματα
Τα υπέρυθρα είναι κύματα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος που βρίσκονται μεταξύ του ορατού κόκκινου φωτός και των αρχικών κυμάτων της περιοχής ραδιοκυμάτων. Στο χώρο του Ηλεκτρομαγνητικού Φάσματος εννοείται ότι αυτή η ακτινοβολία είναι αυτή που παρατηρούμε ως θερμότητα.
ορατή περιοχή
Είναι ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία με μήκος κύματος περίπου 400 nm και 700 nm. Σε αυτό το εύρος ο Ήλιος και τα παρόμοια με αυτόν αστέρια παράγουν το μεγαλύτερο μέρος της ακτινοβολίας τους και η συχνότητά τους είναι πάνω από το υπέρυθρο. Το φως που παρατηρούμε είναι στην πραγματικότητα ένα μικροσκοπικό τμήμα του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Τα ουράνια τόξα είναι ένα δείγμα του ορατού τμήματος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος.
Υπεριώδεις ακτίνες
Γνωστή και ως ακτίνες UV, είναι ακτινοβολία με μήκος κύματος μικρότερο από το ιώδες άκρο του ορατού φάσματος. Λόγω της ενέργειάς της, η υπεριώδης ακτινοβολία μπορεί να σπάσει χημικούς δεσμούς, καθιστώντας τα μόρια εξαιρετικά αντιδραστικά ή ιονίζοντάς τα, γεγονός που θα ήταν ο εγγυητής αλλαγής στη συμπεριφορά τους, γι' αυτό τα ηλιακά εγκαύματα, ακόμη και ο καρκίνος αποδίδονται στις ακτίνες UV του δέρματος.
ακτίνες Χ
Οι ακτίνες Χ έρχονται μετά τις υπεριώδεις. Οι σκληρές ακτίνες Χ έχουν μικρότερο μήκος κύματος από τις μαλακές ακτίνες Χ. Η χρησιμότητά του είναι εφαρμόσιμη για να βλέπεις μέσα από ορισμένα αντικείμενα. Η εκπομπή ακτίνων Χ από αστέρια νετρονίων και δίσκους προσαύξησης είναι αυτά που επιτρέπουν τη μελέτη αυτών των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Οι ακτίνες Χ είναι χρήσιμες στην ιατρική και τη βιομηχανία. Τα αστέρια και ειδικά ορισμένοι τύποι νεφελωμάτων είναι οι κύριοι εκπομποί ακτίνων Χ.
Ακτίνες γάμμα
Οι ακτίνες γάμμα έρχονται μετά τις ακτίνες Χ και είναι τα πιο ενεργητικά φωτόνια και το κατώτερο όριο του μήκους κύματός τους είναι άγνωστο. Παρέχουν χρησιμότητα στους αστρονόμους στη μελέτη αντικειμένων ή περιοχών υψηλής ενέργειας και είναι χρήσιμα στους φυσικούς λόγω της διεισδυτικής τους ικανότητας και της παραγωγής ραδιοϊσοτόπων. Η κυματική διάσταση των ακτίνων γάμμα μετράται με υψηλή ακρίβεια μέσω της σκέδασης Compton.
Φάσματα Εκπομπής και Απορρόφησης
Το Φάσμα Ατομικής Εκπομπής ενός στοιχείου είναι ένα σύνολο συχνοτήτων των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων που εκπέμπονται από άτομα αυτού του στοιχείου, σε αέρια κατάσταση, όταν του μεταδίδεται ενέργεια. Το φάσμα εκπομπής κάθε στοιχείου είναι μοναδικό και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να προσδιοριστεί αν το στοιχείο αυτό είναι μέρος μιας άγνωστης ένωσης.
Το φάσμα απορρόφησης δείχνει το κλάσμα της προσπίπτουσας ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που απορροφά ένα υλικό σε ένα εύρος συχνοτήτων. Κάθε χημικό στοιχείο έχει γραμμές απορρόφησης σε ορισμένα μήκη κύματος, γεγονός που σχετίζεται με τις ενεργειακές διαφορές των διαφορετικών ατομικών τροχιακών του. Στην πραγματικότητα, το φάσμα απορρόφησης χρησιμοποιείται για την αναγνώριση των συστατικών στοιχείων ορισμένων δειγμάτων, όπως υγρά και αέρια. πέρα, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τον προσδιορισμό της δομής των οργανικών ενώσεων.
Είναι σημαντικό να επισημανθεί ότι, σε αυτό που είναι γνωστό ως Ατμοσφαιρικά παράθυρα, υπάρχει μόνο πολύ μικρή ή καθόλου απορρόφηση ή εκπομπή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας από τα συστατικά του αέρα μεταξύ του προς μέτρηση αντικειμένου και των οργάνων μέτρησης.