Вселенная излучает излучения во всех продольных направлениях и волны электромагнитного спектра. Это излучение присутствует во всех сферах жизни и обеспечивает функционирование большинства экосистем планеты и согревает нас, передавая энергию. Однако в атмосфере есть свойство, позволяющее проходить определенному излучению к земной поверхности и называемое Атмосферное окно.
Что такое Атмосферное окно?
Это особая способность земной атмосферы быть прозрачной для некоторых излучений, приходящих из космоса, и, в свою очередь, препятствующих прохождению на поверхность других излучений, которые сделали бы невозможным существование жизни на Земле. Как правило, излучения, которым разрешено проникать на поверхность Земли из Космоса, представляют собой радиоволны и видимый свет. (плюс небольшая часть инфракрасная радиация и ультрафиолет) которые соответствуют так называемым оптическим и радиоокнам.
Оптическое и радио окно
Атмосфера Земли способна поглощать электромагнитное излучение Вселенной на большинстве длин волн. Есть полосы, для которых атмосфера почти прозрачна, и два из них достаточно широки, чтобы представлять астрономический интерес и стать предметом дальнейшего изучения.
Наиболее известным является «Оптическое окно», которое позволяет проходить электромагнитным волнам, широко известным как видимый спектр: длина волны примерно от 300 до 1.000 нанометров (от 0,3 до 1 пикометра). Второй известен как «Радиоокно» с длинами волн от 1 миллиметра до 15 метров (300 ГГц - 20 МГц).
В зоне между оптическим окном и радиоокном атмосферное поглощение в основном связано с водой и углекислым газом (здесь также видны некоторые частично прозрачные полосы). Что касается самых длинных волн (между 1 мм и 1 см), то они отвечают за поглощение, в основном, кислорода и паров воды.
Атмосферные окна в электромагнитный спектр
Электромагнитным спектром называют энергетическое выделение совокупности электромагнитных волн, излучаемых или поглощаемых веществом. Спектры можно наблюдать с помощью спектроскопов которые, помимо предоставления возможности наблюдения за спектром, позволяют производить на нем измерения, такие как длина волны, частота и интенсивность излучения.
Электромагнитный спектр расширяется от более коротковолнового излучения, такого как гамма-лучи и рентгеновские лучи, через ультрафиолетовый свет, видимый свет и инфракрасные лучи до более длинных волн электромагнитных волн, таких как радиоволны. Возможно, пределом наименьшей длины волны является длина Планка, а максимальным пределом будет размер Вселенной, хотя наука формально утверждает, что электромагнитный спектр бесконечен и непрерывен.
Спектральный диапазон
Спектр охватывает энергию электромагнитных волн, имеющих разные длины волн. Частоты 30 Гц и ниже часто производятся некоторыми звездными туманностями и имеют отношение к их изучению. Были обнаружены очень высокие частоты, такие как 2.9 * 1027 Гц.Высокочастотные электромагнитные волны имеют короткую длину волны и высокую энергию, а низкочастотные волны имеют большую длину волны и низкую энергию.
Однако всякий раз, когда электромагнитные волны находятся в среде (веществе), их длина волны уменьшается. Длины волн электромагнитного излучения, независимо от среды, в которой они распространяются, обычно указываются в терминах длины волны в вакууме. Обычно электромагнитное излучение классифицируют по длине волны.: радиоволны, микроволны, инфракрасный и видимый диапазоны, которые мы наблюдаем как свет, ультрафиолетовые лучи, рентгеновские лучи и гамма-лучи.
Радиоволны
Радиоволны обычно используются антеннами соответствующего размера (по принципу резонанса) с длинами волн от сотен метров до примерно миллиметра. Его использование применимо к передаче данных посредством модуляции. Беспроводные сети, мобильная телефония, телевидение и магнитно-резонансная томография — вот лишь некоторые из наиболее популярных применений так называемых «радиоволн».
Микроволновая печь
Это высокочастотные волны, поэтому они имеют очень короткую длину волны, отсюда и их название. Их характерным свойством является возбуждение молекул воды, и они находятся между инфракрасными лучами и обычными радиоволнами. Он имеет приблизительную длину волны от 1 мм до 30 см. Его использование подтверждается в микроволновых печах для нагревания продуктов, содержащих жидкости.
инфракрасные волны
Инфракрасные волны — это волны электромагнитного спектра, лежащие между видимым красным светом и начальными волнами области радиоволн. В пространстве электромагнитного спектра понимается, что это излучение и есть то, что мы замечаем как тепло.
видимая область
Это электромагнитное излучение с длиной волны примерно 400 нм и 700 нм. В этом диапазоне Солнце и звезды, подобные ему, генерируют большую часть своего излучения, и их частота выше инфракрасной. Свет, который мы наблюдаем, на самом деле является крошечной частью электромагнитного спектра. Радуги — это образец видимой части электромагнитного спектра.
Ультрафиолетовые лучи
Также известное как УФ-лучи, это излучение с длиной волны короче фиолетовой части видимого спектра. Благодаря своей энергии ультрафиолетовое излучение может разрывать химические связи, делая молекулы исключительно реакционноспособными или ионизируя их, что было бы гарантом изменения их поведения, по этой причине солнечные ожоги и даже рак кожи приписывают УФ-лучам.
рентгеновские лучи
Рентгеновские лучи идут после ультрафиолетовых. Жесткие рентгеновские лучи имеют более короткую длину волны, чем мягкие рентгеновские лучи. Его полезность применима, чтобы видеть сквозь некоторые объекты. Рентгеновское излучение нейтронных звезд и аккреционных дисков позволяет изучать эти электромагнитные волны. Рентгеновские лучи используются в медицине и промышленности. Звезды и особенно некоторые виды туманностей являются основными источниками рентгеновского излучения.
Гамма излучение
Гамма-лучи идут после рентгеновских лучей и являются наиболее энергичными фотонами, и нижний предел их длины волны неизвестен. Они приносят пользу астрономам при изучении объектов или областей с высокой энергией и полезны для физиков из-за их проникающей способности и производства радиоизотопов. Волновой размер гамма-лучей измеряется с высокой точностью с помощью комптоновского рассеяния.
Спектры излучения и поглощения
Атомно-эмиссионный спектр элемента представляет собой набор частот электромагнитных волн, излучаемых атомами этого элемента в газообразном состоянии, когда ему сообщается энергия. Спектр излучения каждого элемента уникален и может использоваться для точного определения того, является ли этот элемент частью неизвестного соединения.
Спектр поглощения показывает долю падающего электромагнитного излучения, которую материал поглощает в диапазоне частот. Каждый химический элемент имеет линии поглощения на определенных длинах волн, что связано с разницей энергий его различных атомных орбиталей. Фактически спектр поглощения используется для идентификации составных элементов некоторых образцов, таких как жидкости и газы; вне, можно использовать для определения структуры органических соединений.
Важно отметить, что в так называемом Атмосферные окна, поглощение или испускание электромагнитного излучения компонентами воздуха между измеряемым объектом и измерительными приборами очень мало или отсутствует.