L'Universo emana radiazioni in tutte le direzioni longitudinali e le onde dello spettro elettromagnetico. Questa radiazione è presente in tutti gli ambiti della vita e permette il funzionamento della maggior parte degli ecosistemi del pianeta e ci riscalda trasmettendo energia. Tuttavia, esiste una proprietà nell'atmosfera che consente il passaggio di determinate radiazioni sulla superficie terrestre e si chiama Finestra d'atmosfera.
Cos'è la finestra atmosferica?
È il potere speciale dell'atmosfera terrestre di essere trasparente a certe radiazioni che arrivano dallo spazio esterno e, a sua volta, impedisce il passaggio di altre radiazioni in superficie che renderebbero impossibile l'esistenza della vita sulla terra. Generalmente, le radiazioni che possono entrare nella superficie terrestre dal Cosmo sono le onde radio e la luce visibile. (più una piccola frazione di radiazione infrarossa e ultravioletti) che corrispondono alle cosiddette finestre ottiche e radio.
Finestra ottica e radio
L'atmosfera terrestre ha la capacità di assorbire la radiazione elettromagnetica dall'Universo nella maggior parte delle sue lunghezze d'onda. Ci sono bande per le quali l'atmosfera è quasi trasparente, e due di questi sono abbastanza ampi da essere di interesse astronomico e da essere oggetto di continui studi.
La più nota è la "Finestra Ottica", che permette il passaggio di onde elettromagnetiche comunemente note come spettro visibile: lunghezze d'onda da circa 300 a 1.000 nanometri (da 0,3 a 1 picometro). La seconda è conosciuta come "Finestra Radio" che si estende in lunghezze d'onda da 1 millimetro a 15 metri, (300 Ghz - 20 Mhz).
Nella zona compresa tra la finestra ottica e la finestra radio, l'assorbimento atmosferico è dovuto principalmente all'acqua e all'anidride carbonica, (qui sono evidenti anche alcune bande parzialmente trasparenti). Per quanto riguarda le lunghezze d'onda più lunghe (tra 1 mm e 1 cm), sono responsabili dell'assorbimento, principalmente, di ossigeno e vapore acqueo.
Finestre atmosferiche sullo spettro elettromagnetico
Lo spettro elettromagnetico è chiamato allocazione di energia dell'insieme di onde elettromagnetiche emesse o assorbite da una sostanza. Gli spettri possono essere osservati usando gli spettroscopi che, oltre a garantire la possibilità di osservare lo spettro, consentono di effettuare su di esso misure quali la lunghezza d'onda, la frequenza e l'intensità della radiazione.
Lo spettro elettromagnetico si espande dalle radiazioni a lunghezza d'onda più corta, come i raggi gamma e i raggi X, attraverso la luce ultravioletta, la luce visibile e i raggi infrarossi, alle onde elettromagnetiche a lunghezza d'onda più lunga, come le onde radio. È possibile che il limite per la lunghezza d'onda più piccola sia la lunghezza di Planck e che il limite massimo sia la dimensione dell'Universo, sebbene la scienza afferma formalmente che lo spettro elettromagnetico è infinito e continuo.
Gamma di spettro
Lo spettro copre l'energia delle onde elettromagnetiche che hanno lunghezze d'onda diverse. Le frequenze di 30 Hz e inferiori sono spesso prodotte da alcune nebulose stellari e sono rilevanti per il loro studio. Sono state trovate frequenze molto alte come 2.9 * 1027 Hz. Le onde elettromagnetiche ad alta frequenza hanno una lunghezza d'onda corta e un'energia elevata, mentre le onde a bassa frequenza hanno una lunghezza d'onda lunga e una bassa energia.
Tuttavia, ogni volta che le onde elettromagnetiche si trovano in un mezzo (materia), la loro lunghezza d'onda diminuisce. Le lunghezze d'onda della radiazione elettromagnetica, indipendentemente dal mezzo attraverso il quale viaggiano, sono generalmente citate in termini di lunghezza d'onda nel vuoto. La radiazione elettromagnetica è generalmente classificata in base alla lunghezza d'onda: onde radio, microonde, infrarosso e regione visibile, che osserviamo come luce, raggi ultravioletti, raggi X e raggi gamma.
Onde radio
Le onde radio sono solitamente utilizzate da antenne di dimensioni adeguate (secondo il principio della risonanza), con lunghezze d'onda che vanno da centinaia di metri a circa un millimetro. Il suo utilizzo è applicabile alla trasmissione di dati, tramite modulazione. Dalle reti wireless, alla telefonia mobile, alla televisione e alla risonanza magnetica, sono solo alcuni degli usi più diffusi delle cosiddette "Onde Radio".
Forno a microonde
Sono onde ad alta frequenza e quindi hanno una lunghezza d'onda molto corta, da cui il loro nome. La loro caratteristica proprietà è di eccitare le molecole d'acqua e si trovano tra i raggi infrarossi e le onde radio convenzionali. Ha una lunghezza d'onda approssimativa di 1 mm fino a 30 cm. Il suo utilizzo è evidenziato nei forni a microonde per riscaldare cibi che contengono liquidi.
onde infrarosse
Gli infrarossi sono onde dello spettro elettromagnetico che si trovano tra la luce rossa visibile e le onde iniziali della regione delle onde radio. Nello spazio dello Spettro Elettromagnetico si comprende che questa radiazione è ciò che notiamo come calore.
regione visibile
È una radiazione elettromagnetica con una lunghezza d'onda di circa 400 nm e 700 nm. In questo intervallo il Sole e le stelle ad esso simili generano la maggior parte della loro radiazione e la loro frequenza è al di sopra dell'infrarosso. La luce che osserviamo è in realtà una piccola porzione dello spettro elettromagnetico. Gli arcobaleni sono un campione della parte visibile dello spettro elettromagnetico.
Raggi ultravioletti
Conosciuto anche come raggi UV, è una radiazione con una lunghezza d'onda più corta dell'estremità viola dello spettro visibile. Per la sua energia, la radiazione ultravioletta può rompere i legami chimici, rendendo le molecole eccezionalmente reattive o ionizzandole, che sarebbero garante di un cambiamento nel loro comportamento, per questo motivo le scottature e persino il cancro sono attribuiti ai raggi UV della pelle
Raggi X
I raggi X vengono dopo l'ultravioletto. I raggi X duri hanno lunghezze d'onda più brevi rispetto ai raggi X morbidi. La sua utilità è applicabile per vedere attraverso alcuni oggetti. L'emissione di raggi X da stelle di neutroni e dischi di accrescimento sono ciò che consente lo studio di queste onde elettromagnetiche. I raggi X sono utili in medicina e nell'industria. Le stelle e soprattutto alcuni tipi di nebulose sono i principali emettitori di raggi X.
Raggi gamma
I raggi gamma vengono dopo i raggi X e sono i fotoni più energetici e il limite inferiore della loro lunghezza d'onda è sconosciuto. Forniscono utilità agli astronomi nello studio di oggetti o regioni ad alta energia e sono utili ai fisici a causa della loro capacità di penetrazione e della loro produzione di radioisotopi. La dimensione dell'onda dei raggi gamma viene misurata con elevata precisione mediante lo scattering Compton.
Spettri di emissione e assorbimento
Lo spettro di emissione atomica di un elemento è un insieme di frequenze delle onde elettromagnetiche emesse dagli atomi di quell'elemento, allo stato gassoso, quando gli viene comunicata energia. Lo spettro di emissione di ciascun elemento è unico e può essere utilizzato per individuare se quell'elemento fa parte di un composto sconosciuto.
Lo spettro di assorbimento mostra la frazione di radiazione elettromagnetica incidente che un materiale assorbe all'interno di un intervallo di frequenze. Ogni elemento chimico ha linee di assorbimento ad alcune lunghezze d'onda, un fatto che è correlato alle differenze di energia dei suoi diversi orbitali atomici. Infatti, lo spettro di assorbimento viene utilizzato per identificare gli elementi componenti di alcuni campioni, come liquidi e gas; al di là, può essere utilizzato per determinare la struttura dei composti organici.
È importante sottolineare che, in ciò che è noto come Finestre d'atmosfera, l'assorbimento o l'emissione di radiazioni elettromagnetiche da parte dei componenti dell'aria tra l'oggetto da misurare e gli strumenti di misura è minimo o nullo.