Universumi emittoi säteilyä sähkömagneettisen spektrin kaikissa pituussuunnissa ja aalloissa. Tämä säteily on läsnä kaikilla elämän alueilla ja mahdollistaa useimpien planeetan ekosysteemien toiminnan ja lämmittää meitä välittämällä energiaa. Ilmakehässä on kuitenkin ominaisuus, joka sallii tietyn säteilyn kulkeutumisen maan pinnalle ja jota kutsutaan Tunnelmallinen ikkuna.
Mikä on ilmakehän ikkuna?
Maan ilmakehän erikoisvoimana on olla läpinäkyvä tietyille ulkoavaruudesta tuleville säteilyille ja vuorostaan estää muiden säteilyjen kulkeutumista pintaan, mikä tekisi elämän olemassaolon maan päällä mahdottomaksi. Yleensä kosmoksesta maan pinnalle pääsevät säteilyt ovat radioaaltoja ja näkyvää valoa. (plus pieni osa infrapunasäteily ja ultravioletti) jotka vastaavat ns. optisia ja radioikkunoita.
Optinen ja radioikkuna
Maan ilmakehä pystyy absorboimaan universumin sähkömagneettista säteilyä suurimmalla osalla sen aallonpituuksista. On bändejä, joiden tunnelma on lähes läpinäkyvä, ja kaksi näistä on tarpeeksi leveitä ollakseen tähtitieteellisesti kiinnostavia ja jatkuvan tutkimuksen kohteena.
Tunnetuin on "optinen ikkuna", joka sallii sähkömagneettisten aaltojen läpikulun, jotka tunnetaan yleisesti näkyvänä spektrinä: aallonpituudet noin 300 - 1.000 nanometriä (0,3 - 1 pikometriä). Toinen tunnetaan nimellä "Radio Window", joka ulottuu aallonpituuksilla 1 millimetristä 15 metriin (300 Ghz - 20 Mhz).
Optisen ikkunan ja radioikkunan välisellä vyöhykkeellä ilmakehän absorptio johtuu pääasiassa vedestä ja hiilidioksidista (tässä näkyy myös joitain osittain läpinäkyviä raitoja). Mitä tulee pisimpiin aallonpituuksiin (1 mm - 1 cm), ne vastaavat pääasiassa hapen ja vesihöyryn absorptiosta.
Ilmakehän ikkunat sähkömagneettiseen spektriin
Sähkömagneettista spektriä kutsutaan aineen lähettämien tai absorboimien sähkömagneettisten aaltojen joukon energiaallokaatioksi. Spektriä voidaan tarkkailla spektroskoopeilla jotka antavat spektrin havainnointimahdollisuuden lisäksi mahdollisuuden tehdä siitä mittauksia, kuten säteilyn aallonpituutta, taajuutta ja intensiteettiä.
Sähkömagneettinen spektri laajenee lyhyemmän aallonpituisesta säteilystä, kuten gamma- ja röntgensäteistä, ultraviolettivalon, näkyvän valon ja infrapunasäteiden kautta pidemmän aallonpituisiin sähkömagneettisiin aaltoihin, kuten radioaalloihin. On mahdollista, että pienimmän aallonpituuden raja on Planckin pituus ja että enimmäisraja olisi maailmankaikkeuden koko, vaikka tiede muodollisesti väittää, että sähkömagneettinen spektri on ääretön ja jatkuva.
Spektrialue
Spektri kattaa eri aallonpituuksilla olevien sähkömagneettisten aaltojen energian. Tietyt tähtisumut tuottavat usein 30 Hz:n ja sitä alhaisempia taajuuksia, ja niillä on merkitystä niiden tutkimuksen kannalta. On löydetty erittäin korkeita taajuuksia, kuten 2.9 * 1027 Hz. Korkeataajuisilla sähkömagneettisilla aalloilla on lyhyt aallonpituus ja korkea energia, kun taas matalataajuisilla aalloilla on pitkä aallonpituus ja matala energia.
Kuitenkin aina kun sähkömagneettiset aallot ovat väliaineessa (aine), niiden aallonpituus pienenee. Sähkömagneettisen säteilyn aallonpituudet, riippumatta väliaineesta, jonka läpi ne kulkevat, ilmoitetaan yleensä aallonpituuksina tyhjiössä. Sähkömagneettinen säteily luokitellaan yleensä aallonpituuden mukaan: radioaallot, mikroaallot, infrapuna- ja näkyvä alue, jotka havaitsemme valona, ultraviolettisäteinä, röntgensäteinä ja gammasäteinä.
Radioaallot
Radioaaltoja käyttävät yleensä sopivan kokoiset (resonanssiperiaatteen mukaiset) antennit, joiden aallonpituudet vaihtelevat sadoista metreistä noin millimetriin. Sen käyttö soveltuu tiedonsiirtoon modulaation kautta. Langattomista verkoista matkapuhelintekniikka, televisio ja magneettikuvaus ovat vain muutamia niin sanottujen "radioaaltojen" suosituimmista käyttötavoista.
mikroaaltouuni
Ne ovat korkeataajuisia aaltoja ja siksi niillä on hyvin lyhyt aallonpituus, mistä johtuu niiden nimi. Niiden ominaisominaisuus on virittää vesimolekyylejä ja ne sijaitsevat infrapunasäteiden ja tavanomaisten radioaaltojen välissä. Sen aallonpituus on noin 1 mm - 30 cm. Sen käyttö on todistettu mikroaaltouuneissa nesteitä sisältävien ruokien lämmittämiseen.
infrapuna-aallot
Infrapuna on sähkömagneettisen spektrin aaltoja, jotka sijaitsevat näkyvän punaisen valon ja radioaaltoalueen alkuaaltojen välissä. Sähkömagneettisen spektrin avaruudessa ymmärretään, että tämä säteily on se, mitä havaitsemme lämpönä.
näkyvä alue
Se on sähkömagneettista säteilyä, jonka aallonpituudet ovat noin 400 nm ja 700 nm. Tällä alueella aurinko ja sen kaltaiset tähdet tuottavat suurimman osan säteilystään ja niiden taajuus on infrapunan yläpuolella. Havaitsemamme valo on itse asiassa pieni osa sähkömagneettista spektriä. Sateenkaaret ovat näyte sähkömagneettisen spektrin näkyvästä osasta.
Ultraviolettisäteilyltä
Tunnetaan myös UV-säteinä, se on säteilyä, jonka aallonpituus on lyhyempi kuin näkyvän spektrin violetti pää. Ultraviolettisäteily voi energiansa ansiosta rikkoa kemiallisia sidoksia tehden molekyyleistä poikkeuksellisen reaktiivisia tai ionisoi ne, mikä takaa niiden käyttäytymisen muutoksen, minkä vuoksi auringonpolttamat ja jopa syövät johtuvat ihon UV-säteistä.
röntgensäteet
Röntgensäteet tulevat ultraviolettisäteilyn jälkeen. Kovilla röntgensäteillä on lyhyemmät aallonpituudet kuin pehmeillä röntgensäteillä. Sen hyödyllisyys soveltuu joidenkin esineiden läpi näkemiseen. Neutronitähtien ja akkretiolevyjen röntgensäteet mahdollistavat näiden sähkömagneettisten aaltojen tutkimisen. Röntgenkuvat ovat hyödyllisiä lääketieteessä ja teollisuudessa. Tähdet ja erityisesti tietyntyyppiset sumut ovat röntgensäteiden pääsäteilijöitä.
Gammasäteet
Gammasäteet tulevat röntgensäteiden jälkeen ja ovat energisimpiä fotoneja, ja niiden aallonpituuden alarajaa ei tunneta. Niistä on hyötyä tähtitieteilijöille korkeaenergisten kohteiden tai alueiden tutkimisessa, ja ne ovat hyödyllisiä fyysikoille niiden läpäisykykynsä ja radioisotooppien tuotannon vuoksi. Gammasäteiden aaltomitta mitataan suurella tarkkuudella Compton-sironnalla.
Emissio- ja absorptiospektrit
Elementin atomiemissiospektri on joukko sähkömagneettisten aaltojen taajuuksia, jotka elementin atomit lähettävät kaasumaisessa tilassa, kun sille välitetään energiaa. Jokaisen alkuaineen emissiospektri on ainutlaatuinen, ja sen avulla voidaan määrittää, onko kyseinen alkuaine osa tuntematonta yhdistettä.
Absorptiospektri osoittaa tulevan sähkömagneettisen säteilyn osuuden, jonka materiaali absorboi tietyllä taajuusalueella. Jokaisella kemiallisella elementillä on absorptioviivat joillakin aallonpituuksilla, mikä liittyy sen eri atomikiertoradan energiaeroihin. Itse asiassa absorptiospektriä käytetään joidenkin näytteiden komponenttien, kuten nesteiden ja kaasujen, tunnistamiseen; ulkopuolella, voidaan käyttää orgaanisten yhdisteiden rakenteen määrittämiseen.
On tärkeää huomauttaa, että ns Tunnelmalliset ikkunat, mitattavan kohteen ja mittauslaitteiden välillä on vain hyvin vähän tai ei ollenkaan sähkömagneettista säteilyä absorptiota tai emissiota ilman komponenteista.