Visums izstaro starojumu visos elektromagnētiskā spektra garenvirzienos un viļņos. Šis starojums ir sastopams visās dzīves jomās un ļauj funkcionēt lielākajai daļai planētas ekosistēmu un sasilda mūs, pārraidot enerģiju. Tomēr atmosfērā ir īpašība, kas ļauj noteiktam starojumam pāriet uz zemes virsmu un tiek saukta Atmosfēras logs.
Kas ir atmosfēras logs?
Zemes atmosfēras īpašais spēks ir būt caurspīdīgam noteiktiem starojumiem, kas ierodas no kosmosa, un savukārt novērš citu starojumu nokļūšanu virspusē, kas padarītu neiespējamu dzīvības pastāvēšanu uz zemes. Parasti starojums, kam atļauts iekļūt Zemes virsmā no Kosmosa, ir radioviļņi un redzamā gaisma. (plus neliela daļa no infrasarkanais starojums un ultravioletais) kas atbilst tā sauktajiem optiskajiem un radio logiem.
Optiskais un radio logs
Zemes atmosfēra spēj absorbēt elektromagnētisko starojumu no Visuma lielākajā daļā tā viļņu garumu. Ir joslas, kurām atmosfēra ir gandrīz caurspīdīga, un divi no tiem ir pietiekami plaši, lai radītu astronomisku interesi un būtu turpmāku pētījumu mērķis.
Vispazīstamākais ir "Optiskais logs", kas ļauj iziet cauri elektromagnētiskajiem viļņiem, ko parasti sauc par redzamo spektru: viļņu garumi no aptuveni 300 līdz 1.000 nanometriem (0,3 līdz 1 pikometrs). Otrais ir pazīstams kā "Radio logs", kas stiepjas viļņu garumā no 1 milimetra līdz 15 metriem (300 GHz - 20 Mhz).
Zonā starp optisko logu un radio logu atmosfēras absorbcija galvenokārt ir saistīta ar ūdeni un oglekļa dioksīdu (šeit ir redzamas arī dažas daļēji caurspīdīgas joslas). Attiecībā uz garākajiem viļņu garumiem (no 1 mm līdz 1 cm) tie ir atbildīgi par galvenokārt skābekļa un ūdens tvaiku absorbciju.
Atmosfēras logi uz elektromagnētisko spektru
Elektromagnētisko spektru sauc par vielas emitēto vai absorbēto elektromagnētisko viļņu kopas enerģijas sadalījumu. Spekrus var novērot, izmantojot spektroskopus kas papildus spektra novērošanas iespējai ļauj tajā veikt mērījumus, piemēram, starojuma viļņa garumu, frekvenci un intensitāti.
Elektromagnētiskais spektrs izplešas no īsāka viļņa garuma starojuma, piemēram, gamma stariem un rentgena stariem, caur ultravioleto gaismu, redzamo gaismu un infrasarkanajiem stariem līdz garāka viļņa garuma elektromagnētiskajiem viļņiem, piemēram, radioviļņiem. Iespējams, ka mazākā viļņa garuma robeža ir Planka garums un ka maksimālā robeža būtu Visuma izmērs, lai gan Zinātne formāli apgalvo, ka elektromagnētiskais spektrs ir bezgalīgs un nepārtraukts.
Spektra diapazons
Spektrs aptver elektromagnētisko viļņu enerģiju, kuriem ir dažādi viļņu garumi. Frekvences 30 Hz un zemākas bieži rada noteikti zvaigžņu miglāji, un tās ir būtiskas to izpētei. Ir konstatētas ļoti augstas frekvences, piemēram, 2.9 * 1027 Hz.Augstfrekvences elektromagnētiskajiem viļņiem ir īss viļņa garums un liela enerģija, savukārt zemas frekvences viļņiem ir garš viļņa garums un zema enerģija.
Tomēr ikreiz, kad elektromagnētiskie viļņi atrodas vidē (matērijā), to viļņa garums samazinās. Elektromagnētiskā starojuma viļņu garumi neatkarīgi no vides, caur kuru tie pārvietojas, parasti tiek norādīti kā viļņa garums vakuumā. Elektromagnētisko starojumu parasti klasificē pēc viļņa garuma: radioviļņi, mikroviļņi, infrasarkanais un redzamais reģions, ko mēs novērojam kā gaismu, ultravioletos starus, rentgena un gamma starus.
Radio viļņi
Radioviļņus parasti izmanto atbilstoša izmēra (pēc rezonanses principa) antenas, kuru viļņu garums ir no simtiem metru līdz apmēram milimetram. Tās izmantošana ir piemērojama datu pārraidei, izmantojot modulāciju. No bezvadu tīkliem mobilā telefonija, televīzija un magnētiskās rezonanses attēlveidošana ir tikai daži no populārākajiem tā saukto "radio viļņu" lietojumiem.
Mikroviļņu krāsns
Tie ir augstas frekvences viļņi, un tāpēc tiem ir ļoti īss viļņa garums, tāpēc to nosaukums. To raksturīgā īpašība ir ierosināt ūdens molekulas, un tās atrodas starp infrasarkanajiem stariem un parastajiem radioviļņiem. Tā aptuvenais viļņa garums ir no 1 mm līdz 30 cm. To izmanto mikroviļņu krāsnīs, lai uzsildītu pārtiku, kas satur šķidrumu.
infrasarkanie viļņi
Infrasarkanie ir elektromagnētiskā spektra viļņi, kas atrodas starp redzamo sarkano gaismu un radioviļņu reģiona sākuma viļņiem. Elektromagnētiskā spektra telpā tiek saprasts, ka šis starojums ir tas, ko mēs pamanām kā siltumu.
redzamais reģions
Tas ir elektromagnētiskais starojums, kura viļņa garums ir aptuveni 400 nm un 700 nm. Šajā diapazonā Saule un tai līdzīgas zvaigznes rada lielāko daļu sava starojuma, un to frekvence ir virs infrasarkanā. Gaisma, ko mēs novērojam, patiesībā ir niecīga elektromagnētiskā spektra daļa. Varavīksnes ir elektromagnētiskā spektra redzamās daļas paraugs.
Ultravioletie stari
Zināms arī kā UV stari, tas ir starojums, kura viļņa garums ir īsāks par redzamā spektra violeto galu. Pateicoties savai enerģijai, ultravioletais starojums var saraut ķīmiskās saites, padarot molekulas īpaši reaktīvas vai jonizējot tās, kas būtu garants to uzvedības izmaiņām, tāpēc saules apdegumi un pat vēzis tiek piedēvēti UV stariem.
rentgena stari
Rentgenstari nāk pēc ultravioletā starojuma. Cietajiem rentgena stariem ir īsāki viļņu garumi nekā mīkstajiem rentgena stariem. Tās lietderība ir izmantojama, lai redzētu cauri dažiem objektiem. Rentgenstaru emisija no neitronu zvaigznēm un akrecijas diskiem ir tas, kas ļauj pētīt šos elektromagnētiskos viļņus. Rentgenstari ir noderīgi medicīnā un rūpniecībā. Zvaigznes un jo īpaši daži miglāju veidi ir galvenie rentgenstaru izstarotāji.
Gamma stari
Gamma stari nāk pēc rentgena stariem un ir enerģētiskākie fotoni, un to viļņa garuma apakšējā robeža nav zināma. Tie ir noderīgi astronomiem, pētot augstas enerģijas objektus vai reģionus, un ir noderīgi fiziķiem to caurlaidības spējas un radioizotopu ražošanas dēļ. Gamma staru viļņu dimensiju mēra ar augstu precizitāti, izmantojot Komptona izkliedi.
Emisijas un absorbcijas spektri
Elementa atomu emisijas spektrs ir elektromagnētisko viļņu frekvenču kopums, ko izstaro šī elementa atomi gāzveida stāvoklī, kad tam tiek nodota enerģija. Katra elementa emisijas spektrs ir unikāls, un to var izmantot, lai precīzi noteiktu, vai šis elements ir daļa no nezināma savienojuma.
Absorbcijas spektrs parāda krītošā elektromagnētiskā starojuma daļu, ko materiāls absorbē frekvenču diapazonā. Katram ķīmiskajam elementam ir absorbcijas līnijas dažos viļņu garumos, kas ir saistīts ar tā dažādo atomu orbitāļu enerģijas atšķirībām. Faktiski absorbcijas spektru izmanto, lai identificētu dažu paraugu komponentus, piemēram, šķidrumus un gāzes; tālāk, var izmantot organisko savienojumu struktūras noteikšanai.
Ir svarīgi norādīt, ka tajā, kas ir pazīstams kā Atmosfēras logi, starp mērāmo objektu un mērinstrumentiem gaisa komponenti absorbē vai neizstaro tikai ļoti maz vai nemaz elektromagnētisko starojumu.