Wszechświat emanuje promieniowaniem we wszystkich kierunkach podłużnych i falami widma elektromagnetycznego. Promieniowanie to jest obecne we wszystkich dziedzinach życia i umożliwia funkcjonowanie większości ekosystemów planety oraz ogrzewa nas poprzez przesyłanie energii. Jednak w atmosferze istnieje właściwość, która umożliwia przechodzenie pewnego promieniowania na powierzchnię ziemi i nazywa się Okno atmosferyczne.
Czym jest okno atmosferyczne?
Jest to szczególna moc atmosfery ziemskiej, która jest przezroczysta dla niektórych promieniowania, które docierają z kosmosu, a to z kolei zapobiega przedostawaniu się innych promieniowania na powierzchnię, które uniemożliwiłyby istnienie życia na Ziemi. Generalnie promieniowanie, które może przedostać się do powierzchni Ziemi z kosmosu, to fale radiowe i światło widzialne. (plus mały ułamek promieniowanie podczerwone i ultrafiolet) które odpowiadają tzw. oknom optycznym i radiowym.
Okno optyczne i radiowe
Atmosfera ziemska ma zdolność pochłaniania promieniowania elektromagnetycznego z Wszechświata w większości jego długości fal. Są zespoły, dla których atmosfera jest niemal przezroczysta, a dwa z nich są wystarczająco szerokie, aby wzbudzić zainteresowanie astronomiczne i być celem dalszych badań.
Najbardziej znanym jest „Okno optyczne”, które umożliwia przechodzenie fal elektromagnetycznych, które są powszechnie znane jako widmo widzialne: długości fal od około 300 do 1.000 nanometrów (0,3 do 1 pikometra). Drugie znane jest jako „Okno radiowe”, które rozciąga się na długości fal od 1 milimetra do 15 metrów (300 Ghz - 20 Mhz).
W strefie pomiędzy oknem optycznym a oknem radiowym absorpcja atmosferyczna jest spowodowana głównie przez wodę i dwutlenek węgla (widoczne są tu również częściowo przezroczyste pasma). W odniesieniu do najdłuższych długości fal (od 1 mm do 1 cm) odpowiadają za pochłanianie głównie tlenu i pary wodnej.
Okna atmosferyczne na widmo elektromagnetyczne
Widmo elektromagnetyczne nazywa się alokacją energii zestawu fal elektromagnetycznych emitowanych lub pochłanianych przez substancję. Widma można obserwować za pomocą spektroskopów które oprócz możliwości obserwacji widma, pozwalają na dokonywanie na nim pomiarów, takich jak długość fali, częstotliwość i natężenie promieniowania.
Widmo elektromagnetyczne rozszerza się od promieniowania o krótszej długości fali, takiego jak promienie gamma i rentgenowskie, poprzez światło ultrafioletowe, światło widzialne i promienie podczerwone, do fal elektromagnetycznych o większej długości fali, takich jak fale radiowe. Możliwe, że ograniczeniem dla najmniejszej długości fali jest długość Plancka, a maksymalnym ograniczeniem byłby rozmiar Wszechświata, chociaż nauka formalnie twierdzi, że widmo elektromagnetyczne jest nieskończone i ciągłe.
Zakres widma
Widmo obejmuje energię fal elektromagnetycznych o różnych długościach fal. Częstotliwości 30 Hz i niższe są często wytwarzane przez niektóre mgławice gwiazdowe i mają znaczenie dla ich badań. Znaleziono bardzo wysokie częstotliwości, takie jak 2.9 * 1027 Hz.Fale elektromagnetyczne o wysokiej częstotliwości mają krótką długość fali i wysoką energię, podczas gdy fale niskiej częstotliwości mają długą długość fali i niską energię.
Jednak za każdym razem, gdy fale elektromagnetyczne znajdują się w ośrodku (materii), ich długość fali maleje. Długości fal promieniowania elektromagnetycznego, niezależnie od ośrodka, przez który przechodzą, są ogólnie podawane w kategoriach długości fali w próżni. Promieniowanie elektromagnetyczne jest zwykle klasyfikowane według długości fali: fale radiowe, mikrofale, podczerwień i obszar widzialny, które obserwujemy jako światło, promienie ultrafioletowe, promienie rentgenowskie i promienie gamma.
Fale radiowe
Fale radiowe są zwykle wykorzystywane przez anteny o odpowiedniej wielkości (zgodnie z zasadą rezonansu), o długości fali od setek metrów do około milimetra. Jego zastosowanie ma zastosowanie do transmisji danych, poprzez modulację. Z sieci bezprzewodowych, telefonii komórkowej, telewizji i rezonansu magnetycznego, to tylko niektóre z najpopularniejszych zastosowań tak zwanych „fal radiowych”.
Kuchenka mikrofalowa
Są to fale o wysokiej częstotliwości i dlatego mają bardzo krótką długość fali, stąd ich nazwa. Ich charakterystyczną właściwością jest wzbudzanie cząsteczek wody i znajdują się pomiędzy promieniami podczerwonymi a konwencjonalnymi falami radiowymi. Ma długość fali od około 1 mm do 30 cm. Jego zastosowanie znajduje potwierdzenie w kuchenkach mikrofalowych do podgrzewania potraw zawierających płyny.
fale podczerwone
Podczerwień to fale widma elektromagnetycznego, które leżą między widzialnym światłem czerwonym a początkowymi falami obszaru fal radiowych. W przestrzeni Widma Elektromagnetycznego rozumie się, że to promieniowanie jest tym, co postrzegamy jako ciepło.
widoczny region
Jest to promieniowanie elektromagnetyczne o długości fali ok. 400 nm i 700 nm. W tym zakresie Słońce i podobne do niego gwiazdy generują większość swojego promieniowania, a ich częstotliwość jest powyżej podczerwieni. Światło, które obserwujemy, to w rzeczywistości niewielka część widma elektromagnetycznego. Tęcze są próbką widzialnej części widma elektromagnetycznego.
Promienie ultrafioletowe
Znane również jako promienie UV, jest to promieniowanie o długości fali krótszej niż fioletowy koniec widma widzialnego. Ze względu na swoją energię promieniowanie ultrafioletowe może rozrywać wiązania chemiczne, czyniąc cząsteczki wyjątkowo reaktywnymi lub jonizując je, co byłoby gwarantem zmiany ich zachowania, dlatego oparzenia słoneczne, a nawet nowotwory przypisywane są promieniom UV skóry.
promienie rentgenowskie
Promienie rentgenowskie przychodzą po ultrafiolecie. Twarde promienie rentgenowskie mają krótsze długości fal niż miękkie promienie rentgenowskie. Jego użyteczność ma zastosowanie do przejrzenia niektórych obiektów. Emisja promieniowania rentgenowskiego z gwiazd neutronowych i dysków akrecyjnych umożliwia badanie tych fal elektromagnetycznych. Promienie rentgenowskie są przydatne w medycynie i przemyśle. Gwiazdy, a zwłaszcza niektóre rodzaje mgławic, są głównymi emiterami promieni rentgenowskich.
Promienie gamma
Promienie gamma pojawiają się po promieniach rentgenowskich i są najbardziej energetycznymi fotonami, a dolna granica ich długości fali jest nieznana. Zapewniają one użyteczność astronomom w badaniu obiektów lub regionów o wysokiej energii i są przydatne dla fizyków ze względu na ich zdolność penetracji i wytwarzanie radioizotopów. Wymiar fali promieniowania gamma jest mierzony z dużą dokładnością za pomocą rozpraszania Comptona.
Widma emisyjne i absorpcyjne
Atomowe widmo emisyjne pierwiastka to zbiór częstotliwości fal elektromagnetycznych emitowanych przez atomy tego pierwiastka w stanie gazowym, gdy energia jest do niego przekazywana. Widmo emisyjne każdego pierwiastka jest unikalne i można je wykorzystać do ustalenia, czy ten pierwiastek jest częścią nieznanego związku.
Widmo absorpcyjne pokazuje ułamek padającego promieniowania elektromagnetycznego, który materiał pochłania w zakresie częstotliwości. Każdy pierwiastek chemiczny ma linie absorpcyjne na pewnych długościach fal, co jest związane z różnicami energii jego różnych orbitali atomowych. W rzeczywistości widmo absorpcyjne służy do identyfikacji elementów składowych niektórych próbek, takich jak ciecze i gazy; poza, może służyć do określania struktury związków organicznych.
Należy podkreślić, że w tzw Okna atmosferyczne, absorpcja lub emisja promieniowania elektromagnetycznego przez składniki powietrza między mierzonym obiektem a przyrządami pomiarowymi jest bardzo niewielka lub nie występuje wcale.