Vũ trụ phát ra bức xạ theo mọi hướng dọc và các sóng của quang phổ điện từ. Bức xạ này hiện diện trong tất cả các lĩnh vực của cuộc sống và cho phép hoạt động của hầu hết các hệ sinh thái trên hành tinh và làm ấm chúng ta bằng cách truyền năng lượng. Tuy nhiên, có một đặc tính trong khí quyển cho phép truyền một số bức xạ nhất định đến bề mặt trái đất và được gọi là Cửa sổ khí quyển.
Cửa sổ khí quyển là gì?
Sức mạnh đặc biệt của bầu khí quyển trái đất là trong suốt đối với một số bức xạ đến từ bên ngoài không gian và đến lượt nó, ngăn cản sự truyền của các bức xạ khác lên bề mặt khiến cho sự tồn tại của sự sống trên trái đất là không thể. Nói chung, các bức xạ được phép đi vào bề mặt Trái đất từ Vũ trụ là sóng vô tuyến và ánh sáng nhìn thấy. (cộng với một phần nhỏ của bức xạ hồng ngoại và tia cực tím) tương ứng với cái gọi là cửa sổ quang học và cửa sổ vô tuyến.
Cửa sổ quang học và vô tuyến
Bầu khí quyển của Trái đất có khả năng hấp thụ bức xạ điện từ từ Vũ trụ ở hầu hết các bước sóng của nó. Có những dải mà bầu khí quyển gần như trong suốt, và hai trong số này đủ rộng để được thiên văn học quan tâm và trở thành mục tiêu của việc tiếp tục nghiên cứu.
Được biết đến nhiều nhất là "Cửa sổ quang học", cho phép truyền các sóng điện từ thường được gọi là quang phổ khả kiến: bước sóng từ xấp xỉ 300 đến 1.000 nanomet (0,3 đến 1 picometer). Cửa sổ thứ hai được gọi là "Cửa sổ vô tuyến" có bước sóng từ 1 milimet đến 15 mét, (300 Ghz - 20 Mhz).
Trong vùng giữa cửa sổ quang học và cửa sổ vô tuyến, sự hấp thụ khí quyển chủ yếu là do nước và carbon dioxide, (một số dải trong suốt một phần cũng thể hiện rõ ở đây). Đối với các bước sóng dài nhất (từ 1 mm đến 1 cm), chúng chịu trách nhiệm cho sự hấp thụ, chủ yếu là oxy và hơi nước.
Cửa sổ khí quyển đến Quang phổ điện từ
Phổ điện từ được gọi là sự phân bổ năng lượng của tập hợp các sóng điện từ được phát ra hoặc hấp thụ bởi một chất. Quang phổ có thể được quan sát bằng kính quang phổ rằng, ngoài việc cung cấp khả năng quan sát quang phổ, còn cho phép thực hiện các phép đo trên đó, chẳng hạn như bước sóng, tần số và cường độ của bức xạ.
Quang phổ điện từ mở rộng từ bức xạ có bước sóng ngắn hơn, chẳng hạn như tia gamma và tia X, qua ánh sáng tử ngoại, ánh sáng nhìn thấy và tia hồng ngoại, đến các sóng điện từ có bước sóng dài hơn, chẳng hạn như sóng vô tuyến. Có thể giới hạn cho bước sóng nhỏ nhất là chiều dài Planck và giới hạn lớn nhất sẽ là kích thước của Vũ trụ, mặc dù khoa học chính thức khẳng định phổ điện từ là vô hạn và liên tục.
Dải phổ
Quang phổ bao hàm năng lượng của sóng điện từ có bước sóng khác nhau. Các tần số từ 30 Hz trở xuống thường được tạo ra bởi một số tinh vân sao nhất định và có liên quan đến nghiên cứu của chúng. Các tần số rất cao như 2.9 * 1027 Hz đã được tìm thấy, sóng điện từ tần số cao có bước sóng ngắn và năng lượng cao, trong khi sóng tần số thấp có bước sóng dài và năng lượng thấp.
Tuy nhiên, bất cứ khi nào sóng điện từ ở trong một môi trường (vật chất), bước sóng của chúng sẽ giảm. Các bước sóng của bức xạ điện từ, không phụ thuộc vào môi trường mà chúng truyền qua, thường được trích dẫn theo bước sóng trong chân không. Bức xạ điện từ thường được phân loại theo bước sóng: sóng vô tuyến, vi sóng, vùng hồng ngoại và vùng khả kiến mà chúng ta quan sát được như ánh sáng, tia tử ngoại, tia X và tia gamma.
Sóng radio
Sóng vô tuyến thường được sử dụng bởi các anten có kích thước thích hợp (theo nguyên lý cộng hưởng), có bước sóng từ hàng trăm mét đến khoảng một milimet. Việc sử dụng nó có thể áp dụng cho việc truyền dữ liệu, thông qua điều chế. Từ mạng không dây, điện thoại di động, truyền hình và hình ảnh cộng hưởng từ, chỉ là một số cách sử dụng phổ biến nhất của cái gọi là "Sóng vô tuyến".
Lò vi sóng
Chúng là sóng tần số cao và do đó có bước sóng rất ngắn, do đó có tên như vậy. Tính chất đặc trưng của chúng là kích thích các phân tử nước và chúng nằm giữa tia hồng ngoại và sóng vô tuyến thông thường. Nó có bước sóng gần đúng từ 1 mm đến 30 cm. Việc sử dụng nó được chứng minh trong lò vi sóng để làm nóng thức ăn có chứa chất lỏng.
sóng hồng ngoại
Tia hồng ngoại là các sóng của phổ điện từ nằm giữa ánh sáng đỏ nhìn thấy và các sóng đầu của vùng sóng vô tuyến. Trong không gian của Quang phổ Điện từ, người ta hiểu rằng bức xạ này là cái mà chúng ta nhận thấy là nhiệt.
vùng có thể nhìn thấy
Nó là bức xạ điện từ có bước sóng xấp xỉ 400 nm và 700 nm. Trong phạm vi này, Mặt trời và các ngôi sao tương tự như nó tạo ra hầu hết các bức xạ và tần số của chúng nằm trên tia hồng ngoại. Ánh sáng mà chúng ta quan sát được thực sự là một phần nhỏ của quang phổ điện từ. Cầu vồng là một mẫu phần nhìn thấy được của quang phổ điện từ.
Tia cực tím
Còn được gọi là tia UV, nó là bức xạ có bước sóng ngắn hơn đầu tím của quang phổ khả kiến. Do năng lượng của nó, bức xạ tia cực tím có thể phá vỡ các liên kết hóa học, làm cho các phân tử phản ứng đặc biệt hoặc ion hóa chúng, là nguyên nhân bảo đảm cho sự thay đổi hành vi của chúng, vì lý do này, cháy nắng và thậm chí ung thư là do tia UV của da.
Tia X
Tia X có sau tia cực tím. Tia X cứng có bước sóng ngắn hơn tia X mềm. Tính hữu ích của nó có thể áp dụng để nhìn xuyên qua một số đối tượng. Sự phát ra tia X từ các sao neutron và các đĩa bồi tụ là những gì cho phép nghiên cứu các sóng điện từ này. Tia X rất hữu ích trong y học và công nghiệp. Các ngôi sao và đặc biệt là một số loại tinh vân là nơi phát ra tia X chính.
Tia gam ma
Tia Gamma xuất hiện sau Tia X và là những photon có năng lượng cao nhất, và giới hạn dưới của bước sóng của chúng vẫn chưa được biết. Chúng cung cấp tiện ích cho các nhà thiên văn học trong việc nghiên cứu các vật thể hoặc vùng năng lượng cao, và hữu ích cho các nhà vật lý vì khả năng xuyên thấu và tạo ra đồng vị phóng xạ của chúng. Chiều sóng của tia gamma được đo với độ chính xác cao bằng phương pháp tán xạ Compton.
Quang phổ phát xạ và hấp thụ
Phổ phát xạ nguyên tử của một nguyên tố là tập hợp các tần số của sóng điện từ do nguyên tử của nguyên tố đó phát ra, ở trạng thái khí, khi truyền năng lượng cho nó. Phổ phát xạ của mỗi nguyên tố là duy nhất và có thể được sử dụng để xác định xem nguyên tố đó có phải là một phần của hợp chất chưa biết hay không.
Phổ hấp thụ cho thấy phần nhỏ của bức xạ điện từ tới mà vật liệu hấp thụ trong một dải tần số. Mỗi nguyên tố hóa học có các vạch hấp thụ ở một số bước sóng, một thực tế có liên quan đến sự khác biệt về năng lượng của các obitan nguyên tử khác nhau của nó. Trong thực tế, phổ hấp thụ được sử dụng để xác định các nguyên tố thành phần của một số mẫu, chẳng hạn như chất lỏng và chất khí; bên ngoài, có thể được sử dụng để xác định cấu trúc của các hợp chất hữu cơ.
Điều quan trọng là chỉ ra rằng, trong cái được gọi là Windows khí quyển, chỉ có rất ít hoặc không có sự hấp thụ hoặc phát xạ bức xạ điện từ bởi các thành phần của không khí giữa đối tượng cần đo và các dụng cụ đo.