היקום פולט קרינה בכל כיווני האורך והגלים של הספקטרום האלקטרומגנטי. קרינה זו קיימת בכל תחומי החיים ומאפשרת את תפקודן של רוב המערכות האקולוגיות של כדור הארץ ומחממת אותנו באמצעות העברת אנרגיה. עם זאת, יש תכונה באטמוספירה המאפשרת מעבר של קרינה מסוימת אל פני כדור הארץ ונקראת חלון אטמוספרי.
מהו חלון האטמוספירה?
כוחה המיוחד של האטמוספירה של כדור הארץ הוא להיות שקופה לקרינות מסוימות המגיעות מהחלל החיצון ובתמורה מונעת מעבר של קרינות אחרות אל פני השטח שיהפכו את קיומם של חיים על פני כדור הארץ לבלתי אפשרי. בדרך כלל, הקרנות המותרות לחדור אל פני כדור הארץ מהקוסמוס הן גלי רדיו ואור נראה. (בתוספת חלק קטן של קרינה אינפרא - אדומה ואולטרה סגול) המתאימים למה שנקרא חלונות אופטיים ורדיו.
חלון אופטי ורדיו
לאטמוספירה של כדור הארץ יש יכולת לספוג קרינה אלקטרומגנטית מהיקום ברוב אורכי הגל שלו. יש להקות שהאווירה אצלן כמעט שקופה, ושניים מהם רחבים מספיק כדי להיות בעלי עניין אסטרונומי ולהוות יעד להמשך מחקר.
הידוע ביותר הוא "החלון האופטי", המאפשר מעבר של גלים אלקטרומגנטיים המוכרים בדרך כלל כספקטרום הנראה: אורכי גל מ-300 עד 1.000 ננומטר בקירוב (0,3 עד 1 פיקומטר). השני ידוע בשם "חלון רדיו" המשתרע באורכי גל מ-1 מילימטר עד 15 מטר, (300 Ghz - 20 Mhz).
באזור שבין החלון האופטי לחלון הרדיו, הספיגה האטמוספרית נובעת בעיקר ממים ופחמן דו חמצני, (גם כאן ניכרות כמה פסים שקופים חלקית). לגבי אורכי הגל הארוכים ביותר (בין 1 מ"מ ל-1 ס"מ), הם אחראים על הספיגה, בעיקר, חמצן ואדי מים.
חלונות אטמוספריים לספקטרום האלקטרומגנטי
הספקטרום האלקטרומגנטי נקרא הקצאת האנרגיה של קבוצת הגלים האלקטרומגנטיים שחומר פולט או סופג. ניתן לצפות בספקטרו באמצעות ספקטרוסקופים שמלבד מתן אפשרות התבוננות בספקטרום, מאפשרים לבצע בו מדידות כמו אורך הגל, התדירות ועוצמת הקרינה.
הספקטרום האלקטרומגנטי מתרחב מקרינה באורך גל קצר יותר, כגון קרני גמא וקרני רנטגן, דרך אור אולטרה סגול, אור נראה וקרני אינפרא אדום, לגלים אלקטרומגנטיים באורך גל ארוכים יותר, כגון גלי רדיו. ייתכן שהגבול עבור אורך הגל הקטן ביותר הוא אורך פלאנק ושהגבול המרבי יהיה גודל היקום, למרות המדע טוען רשמית שהספקטרום האלקטרומגנטי הוא אינסופי ורציף.
טווח ספקטרום
הספקטרום מכסה את האנרגיה של גלים אלקטרומגנטיים בעלי אורכי גל שונים. תדרים של 30 הרץ ומטה מופקים לרוב על ידי ערפיליות כוכביות מסוימות ורלוונטיות למחקרן. נמצאו תדרים גבוהים מאוד כמו 2.9 * 1027 הרץ.גלים אלקטרומגנטיים בתדר גבוה הם בעלי אורך גל קצר ואנרגיה גבוהה, בעוד לגלים בתדר נמוך יש אורך גל ארוך ואנרגיה נמוכה.
עם זאת, בכל פעם שגלים אלקטרומגנטיים נמצאים במדיום (חומר), אורך הגל שלהם יורד. אורכי הגל של קרינה אלקטרומגנטית, ללא קשר למדיום שדרכו הם עוברים, מצוינים בדרך כלל במונחים של אורך הגל בוואקום. קרינה אלקטרומגנטית מסווגת בדרך כלל לפי אורך הגל: גלי רדיו, גלי מיקרוגל, אזור אינפרא אדום וגלוי, שאנו רואים כאור, קרני אולטרה סגול, קרני רנטגן וקרני גמא.
גלי רדיו
גלי רדיו משמשים בדרך כלל אנטנות בגודל המתאים (על פי עקרון התהודה), עם אורכי גל שנעים בין מאות מטרים למילימטר בערך. השימוש בו ישים להעברת נתונים, באמצעות אפנון. מרשתות אלחוטיות, טלפוניה סלולרית, טלוויזיה והדמיית תהודה מגנטית, הם רק חלק מהשימושים הפופולריים ביותר של מה שמכונה "גלי רדיו".
מיקרוגל
הם גלים בתדר גבוה ולכן יש להם אורך גל קצר מאוד, ומכאן שמם. התכונה האופיינית להם היא לעורר מולקולות מים והן ממוקמות בין קרני אינפרא אדום וגלי רדיו קונבנציונליים. יש לו אורך גל משוער של 1 מ"מ עד 30 ס"מ. השימוש בו ניכר בתנורי מיקרוגל לחימום מזונות המכילים נוזלים.
גלי אינפרא אדום
אינפרא אדום הם גלים של הספקטרום האלקטרומגנטי הנמצאים בין האור האדום הנראה לגלי ההתחלה של אזור גלי הרדיו. במרחב של הספקטרום האלקטרומגנטי מובן שקרינה זו היא מה שאנו מבחינים כחום.
אזור גלוי
זוהי קרינה אלקטרומגנטית עם אורך גל של כ-400 ננומטר ו-700 ננומטר. בטווח זה השמש והכוכבים הדומים לה מייצרים את רוב הקרינה שלהם ותדירותם היא מעל האינפרא אדום. האור שאנו צופים בו הוא למעשה חלק זעיר מהספקטרום האלקטרומגנטי. קשתות בענן הן דוגמה של החלק הגלוי של הספקטרום האלקטרומגנטי.
קרניים אולטרא - סגולות
המכונה גם קרני UV, זוהי קרינה עם אורך גל קצר מהקצה הסגול של הספקטרום הנראה. בשל האנרגיה שלה, קרינה אולטרה סגולה יכולה לשבור קשרים כימיים, לגרום למולקולות להגיב בצורה יוצאת דופן או מייננת אותן, מה שיהווה ערובה לשינוי בהתנהגותן, מסיבה זו כוויות שמש ואפילו סרטן מיוחסות לקרני UV של העור.
קרני רנטגן
צילומי רנטגן מגיעים אחרי אולטרה סגול. לקרני רנטגן קשות יש אורכי גל קצרים יותר מקרני רנטגן רכות. השימושיות שלו ישימה כדי לראות דרך כמה אובייקטים. פליטת קרני רנטגן מכוכבי נויטרונים ודיסקות צבירה הן המאפשרות את חקר הגלים האלקטרומגנטיים הללו. צילומי רנטגן שימושיים ברפואה ובתעשייה. כוכבים ובמיוחד סוגים מסוימים של ערפיליות הם הפולטים העיקריים של קרני רנטגן.
קרני גמא
קרני גמא באות אחרי קרני רנטגן והן הפוטונים האנרגטיים ביותר, והגבול התחתון של אורך הגל שלהם אינו ידוע. הם מספקים תועלת לאסטרונומים בחקר עצמים או אזורים בעלי אנרגיה גבוהה, והם שימושיים לפיזיקאים בגלל יכולת החדירה שלהם וייצורם של רדיואיזוטופים. ממד הגל של קרני גמא נמדד בדיוק גבוה באמצעות פיזור קומפטון.
ספקטרום פליטה וספיגה
ספקטרום הפליטה האטומית של יסוד הוא קבוצה של תדרים של הגלים האלקטרומגנטיים הנפלטים על ידי אטומים של אותו יסוד, במצב גזי, כאשר אנרגיה מועברת אליו. ספקטרום הפליטה של כל יסוד הוא ייחודי וניתן להשתמש בו כדי לקבוע אם יסוד זה הוא חלק מתרכובת לא ידועה.
ספקטרום הקליטה מראה את חלק הקרינה האלקטרומגנטית הנובעת שחומר סופג בטווח של תדרים. לכל יסוד כימי יש קווי ספיגה באורכי גל מסוימים, עובדה שקשורה להפרשי האנרגיה של האורביטלים האטומיים השונים שלו. למעשה, ספקטרום הספיגה משמש לזיהוי המרכיבים המרכיבים של כמה דגימות, כגון נוזלים וגזים; מעבר, ניתן להשתמש כדי לקבוע את המבנה של תרכובות אורגניות.
חשוב לציין שבמה שמכונה חלונות אטמוספריים, יש רק מעט מאוד או ללא ספיגה או פליטה של קרינה אלקטרומגנטית על ידי מרכיבי האוויר בין האובייקט הנמדד לבין מכשירי המדידה.