Дума на седмицата: Електромагнитен спектър

Цветен спектър чрез Shutterstock.

Когато мислите за светлина, вероятно мислите за това, което очите ви могат да видят. Но светлината, към която очите ни са чувствителни, е само началото; това е плъзгане на общото количество светлина, което ни заобикаля. Електромагнитният спектър е терминът, използван от учените, за да опишат целия диапазон от светлина, който съществува. От радиовълните до гама лъчите, по-голямата част от светлината във Вселената всъщност е невидима за нас!

Светлината е вълна от редуващи се електрически и магнитни полета. Разпространението на светлината не е много по-различно от вълните, пресичащи океан. Както всяка друга вълна, светлината има няколко основни свойства, които я описват. Едната е нейната честота, измерена в херц (Hz), която отчита броя на вълните, които преминават с точка в една секунда. Друго тясно свързано свойство е дължината на вълната : разстоянието от пика на една вълна до пика на следващата. Тези два атрибута са обратно свързани. Колкото по-голяма е честотата, толкова по-малка е дължината на вълната - и обратно.

Можете да си спомните реда на цветовете във видимия спектър с мнемоничния ROY G BV. Изображение чрез Университета на Тенеси.

Електромагнитните вълни, които вашите очи засичат - видима светлина - се колебаят между 400 и 790 терагерца (THz). Това е няколкостотин трилиона пъти в секунда. Дължините на вълните са приблизително размерите на голям вирус: 390 - 750 нанометра (1 нанометър = 1 милиард от метър; метър е дълъг около 39 инча). Нашият мозък интерпретира различните дължини на вълната на светлината като различни цветове. Червеното има най-дългата дължина на вълната, а виолетовото най-кратко. Когато преминаваме слънчевата светлина през призмата, виждаме, че тя всъщност е съставена от много дължини на вълната светлина. Призмата създава дъга, като пренасочва всяка дължина на вълната навън под малко по-различен ъгъл.

Целият електромагнитен спектър е много повече от просто видима светлина. Той обхваща диапазон от енергийни дължини, които нашите човешки очи не могат да видят. Изображение чрез НАСА / Уикипедия.

Но светлината не спира на червено или виолетово. Точно както има звуци, които не можем да чуем (но други животни могат), също има огромен диапазон от светлина, който очите ни не могат да засичат. По принцип по-дългите дължини на вълните идват от най-готините и мрачни региони на Космоса. Междувременно по-късите дължини на вълната измерват изключително енергийни явления.

Астрономите използват целия електромагнитен спектър, за да наблюдават най-различни неща. Радио вълните и микровълните - най-дългите дължини на вълната и най-ниските енергии на светлината - се използват за надникване в гъсти междузвездни облаци и проследяване на движението на студен, тъмен газ. Радио телескопите са използвани за картографиране на структурата на нашата галактика, докато микровълновите телескопи са чувствителни към остатъчния блясък на Големия взрив.

Това изображение от много големия основен масив (VLBA) показва как би изглеждала галактика M33, ако можете да видите в радио вълни. Това изображение картографира атомен водороден газ в галактиката. Различните цветове картографират скоростите в газа: червеното показва газ, отдалечен от нас, синьото се движи към нас. Изображение чрез NRAO / AUI.

Инфрачервените телескопи превъзхождат в намирането на хладни, неясни звезди, прорязване през междузвездни прахови ленти и дори измерване на температурите на планетите в други слънчеви системи. Дължините на вълните на инфрачервената светлина са достатъчно дълги, за да се движим през облаци, които иначе биха блокирали нашето зрение. Използвайки големи инфрачервени телескопи, астрономите успяха да надникнат през прашните платна на Млечния път в ядрото на нашата галактика.

Това изображение от космическите телескопи Хъбъл и Спицър показва централните 300 светлинни години от нашата галактика Млечен път, както бихме я виждали, ако очите ни можеха да видят инфрачервена енергия. На изображението се разкриват масивни звездни струпвания и въртеливи газови облаци. Изображение чрез НАСА / ESA / JPL / QD Wang и S. Stolovy.

По-голямата част от звездите излъчват по-голямата част от своята електромагнитна енергия като видима светлина, малката част от спектъра, към който очите ни са чувствителни. Тъй като дължината на вълната корелира с енергията, цветът на звезда ни казва колко е горещо: червените звезди са най-готини, сините са най-горещи. Най-студените звезди излъчват почти никаква видима светлина изобщо; те могат да се видят само с инфрачервени телескопи.

При дължини на вълната, по-къси от виолетовите, намираме ултравиолетовата или UV лъчението. Може да сте запознати с UV от способността му да ви изгаря слънце. Астрономите го използват, за да търсят най-енергичните звезди и да идентифицират региони на звездното раждане. При гледане на далечни галактики с UV телескопи, повечето звезди и газ изчезват, а всички звездни разсадници пламват.

Изглед на спиралната галактика M81 в ултравиолетовата, стана възможна от космическата обсерватория Галекс. Светлите региони показват звездни разсадници в спиралните рамена. Изображение чрез НАСА.

Отвъд UV идват най-високите енергии в електромагнитния спектър: рентгенови лъчи и гама лъчи. Нашата атмосфера блокира тази светлина, така че астрономите трябва да разчитат на телескопи в космоса, за да видят вселената на рентгеновите и гама лъчи. Рентгеновите лъчи идват от екзотични неутронни звезди, вихърът от прегрят материал, спирали около черна дупка, или дифузни облаци газ в галактически струпвания, които се нагряват до много милиони градуси. Междувременно гама лъчите - най-късата дължина на вълната на светлина и смъртоносна за хората - разкриват жестоки експлозии на свръхнови, космически радиоактивен разпад и дори унищожаване на антиматерия. Избухванията на гама лъчи - краткото трептене на светлината на гама лъчи от далечни галактики, когато звезда избухва и създава черна дупка - са сред най-енергийните единични събития във Вселената.

Ако можете да видите в рентгенови лъчи, на дълги разстояния, ще видите този изглед на мъглявината около пулсар PSR B1509-58. Това изображение е от телескопа Чандра. Разположен на 17 000 светлинни години, пулсарът е бързо въртящият се остатък от звездно ядро, оставено след свръхнова. Изображение чрез НАСА.

Долна линия: Електромагнитният спектър описва всички дължини на вълните на светлината - както виждани, така и невиждани.