Всесвіт випромінює випромінювання у всіх поздовжніх напрямках і хвилях електромагнітного спектру. Це випромінювання присутнє в усіх сферах життя і дозволяє функціонувати більшості екосистем планети і зігріває нас, передаючи енергію. Однак в атмосфері є властивість, яка дозволяє проходити певну радіацію на земну поверхню і називається Атмосферне вікно.
Що таке атмосферне вікно?
Це особлива сила земної атмосфери бути прозорою для певних випромінювань, які надходять з космосу, і, у свою чергу, перешкоджає проходженню інших випромінювань на поверхню, які унеможливлюють існування життя на Землі. Як правило, випромінювання, які пропускаються на поверхню Землі з Космосу, - це радіохвилі та видиме світло. (плюс невелика частка інфрачервоне випромінювання і ультрафіолет) яким відповідають так звані оптичні та радіовікна.
Оптичні та радіовікна
Атмосфера Землі здатна поглинати електромагнітне випромінювання Всесвіту на більшості його довжин хвиль. Є смуги, для яких атмосфера майже прозора, і два з них досить широкі, щоб представляти астрономічний інтерес і стати об’єктом продовження вивчення.
Найвідомішим є «Оптичне вікно», яке дозволяє пропускати електромагнітні хвилі, відомі як видимий спектр: довжини хвиль приблизно від 300 до 1.000 нанометрів (від 0,3 до 1 пікометра). Друге відоме як "радіовікно", яке простягається в довжинах хвиль від 1 міліметра до 15 метрів (300 ГГц - 20 МГц).
У зоні між оптичним вікном і радіовікном поглинання атмосфери в основному відбувається за рахунок води та вуглекислого газу (тут також помітні деякі частково прозорі смуги). Що стосується найбільших довжин хвиль (від 1 мм до 1 см), то вони відповідають за поглинання, в основному, кисню і водяної пари.
Атмосферні вікна до електромагнітного спектру
Електромагнітним спектром називають розподіл енергії набору електромагнітних хвиль, які речовина випромінює або поглинає. Спектри можна спостерігати за допомогою спектроскопів що, окрім надання можливості спостереження за спектром, дозволяє проводити на ньому вимірювання, такі як довжина хвилі, частота та інтенсивність випромінювання.
Електромагнітний спектр розширюється від випромінювання з більш короткою довжиною хвилі, такого як гамма-промені та рентгенівські промені, через ультрафіолетове світло, видиме світло та інфрачервоні промені до електромагнітних хвиль з більшою довжиною хвилі, таких як радіохвилі. Можливо, що межа найменшої довжини хвилі - це планківська довжина, а максимальна межа - це розмір Всесвіту, хоча наука формально стверджує, що електромагнітний спектр нескінченний і безперервний.
Діапазон спектру
Спектр охоплює енергію електромагнітних хвиль, які мають різну довжину хвиль. Частоти 30 Гц і нижче часто створюються певними зоряними туманностями і мають відношення до їх вивчення. Були виявлені дуже високі частоти, наприклад 2.9 * 1027 Гц. Високочастотні електромагнітні хвилі мають коротку довжину хвилі та високу енергію, а низькочастотні хвилі мають велику довжину хвилі та малу енергію.
Однак, коли електромагнітні хвилі знаходяться в середовищі (речовині), їх довжина хвилі зменшується. Довжини хвилі електромагнітного випромінювання, незалежно від середовища, через яке вони поширюються, зазвичай називаються довжиною хвилі у вакуумі. Електромагнітне випромінювання зазвичай класифікують за довжиною хвилі: радіохвилі, мікрохвилі, інфрачервона та видима область, яку ми спостерігаємо як світло, ультрафіолетові промені, рентгенівські та гамма-промені.
Радіохвилі
Радіохвилі зазвичай використовуються антенами відповідного розміру (за принципом резонансу) з довжиною хвилі від сотень метрів до приблизно міліметра. Його використання застосовно для передачі даних за допомогою модуляції. З бездротових мереж, мобільного телефонного зв’язку, телебачення та магнітно-резонансної томографії – це лише деякі з найпопулярніших застосувань так званих «радіохвиль».
Мікрохвильова піч
Це високочастотні хвилі, тому вони мають дуже коротку довжину хвилі, звідси і їх назва. Їх характерна властивість - збуджувати молекули води, і вони розташовані між інфрачервоними променями і звичайними радіохвилями. Він має приблизну довжину хвилі від 1 мм до 30 см. Його використання засвідчено в мікрохвильових печах для розігріву їжі, що містить рідину.
інфрачервоні хвилі
Інфрачервоні хвилі електромагнітного спектру, які лежать між видимим червоним світлом і початковими хвилями області радіохвиль. У просторі електромагнітного спектру розуміють, що це випромінювання є те, що ми помічаємо як тепло.
видима область
Це електромагнітне випромінювання з довжиною хвилі приблизно 400 нм і 700 нм. У цьому діапазоні Сонце і подібні до нього зірки генерують більшу частину свого випромінювання, а їх частота вище інфрачервоного. Світло, яке ми спостерігаємо, насправді є крихітною частиною електромагнітного спектру. Веселка — це зразок видимої частини електромагнітного спектру.
Ультрафіолетові промені
Також відоме як УФ-промені, це випромінювання з довжиною хвилі, меншою за фіолетовий кінець видимого спектру. Завдяки своїй енергії ультрафіолетове випромінювання може порушувати хімічні зв’язки, роблячи молекули надзвичайно реактивними або йонізуючи їх, що було б гарантом зміни їх поведінки, тому сонячні опіки і навіть рак приписують УФ-променям шкіри.
рентгенівські промені
Рентген приходить після ультрафіолету. Жорсткі рентгенівські промені мають меншу довжину хвилі, ніж м’які рентгенівські промені. Його корисність застосовна для того, щоб бачити крізь деякі об'єкти. Випромінювання рентгенівських променів від нейтронних зірок і акреційних дисків дає змогу вивчати ці електромагнітні хвилі. Рентгенівські промені корисні в медицині та промисловості. Зірки і особливо деякі види туманностей є основними випромінювачами рентгенівських променів.
Гамма-промені
Гамма-промені йдуть після рентгенівських променів і є найбільш енергійними фотонами, і нижня межа їх довжини хвилі невідома. Вони корисні для астрономів у вивченні високоенергетичних об’єктів або регіонів, а також корисні для фізиків через їх проникаючу здатність і вироблення радіоізотопів. Розмір хвилі гамма-променів вимірюється з високою точністю за допомогою комптонівського розсіювання.
Спектри випромінювання та поглинання
Спектр атомної емісії елемента — це набір частот електромагнітних хвиль, які випромінюють атоми цього елемента в газоподібному стані, коли йому передається енергія. Спектр випромінювання кожного елемента унікальний, і його можна використовувати, щоб точно визначити, чи є цей елемент частиною невідомої сполуки.
Спектр поглинання показує частку падаючого електромагнітного випромінювання, яке матеріал поглинає в діапазоні частот. Кожен хімічний елемент має лінії поглинання на певних довжинах хвилі, що пов’язано з енергетичними відмінностями його різних атомних орбіталей. Фактично, спектр поглинання використовується для ідентифікації складових елементів деяких зразків, наприклад рідин і газів; поза межами, можна використовувати для визначення структури органічних сполук.
Важливо зазначити, що в тому, що відоме як Атмосферні вікна, поглинання або випромінювання електромагнітного випромінювання компонентами повітря між об’єктом, що підлягає вимірюванню, та вимірювальними приладами відбувається дуже мало або взагалі не відбувається.