Электромагнитный спектр охватывает все длины волн света - от излучения темных туманностей до вспышек сверхновых звезд.
Этот частотный диапазон поделен на отдельные, четко не дифференцированные полосы, электромагнитные волны в каждой из таких частотных полос имеют свое название. Перечислим их, начиная с низкой частоты:
- радиоволны,
- инфракрасные волны,
- видимый свет,
- ультрафиолет,
- рентгеновские лучи,
- гамма-лучи.
Рисунок 1. Электромагнитный спектр. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
История открытия электромагнитного излучения
Статья: Cпектр электромагнитных волн
Древние греки знали, что свет распространяется по прямой линии, и изучили некоторые его свойства, в том числе отражение и преломление. Изучение света продолжалось в течение 16-х и 17-х веков. Противоречивые теории рассматривали свет как волну или частицу.
Первое открытие невидимого простым глазом электромагнитного излучения, произошло в 1800 году, когда Уильям Гершель обнаружил инфракрасное излучение.
В следующем году Иоганн Риттер, заметил то, что он назвал «химическими лучами» (невидимые лучи, которые вызывали определенные химические реакции). Позже они были переименованы в ультрафиолетовое излучение.
В 1860-х годах Джеймс Максвелл вывел четыре уравнения в частных производных для электромагнитного поля. Два из этих уравнения предсказали возможное поведение волн в поле. Максвелл сделал вывод, о том, что свет сам по себе является видом электромагнитной волны.
Уравнения Максвелла предсказывали бесконечное число частот электромагнитных волн, которые движутся со скоростью света. Это было первое указание на существование всего электромагнитного спектра.
В 1886 году физик Генрих Герц создал аппарат для генерации и обнаружения так называемых радиоволн. Герц обнаружил волны и смог определить (измерив их длину и умножив ее на частоту), что они распространялись со скоростью света. Герц также показал, что новое излучение может отражаться и преломляться различными диэлектрическими средами так же, как свет.
Спектр электромагнитного излучения
Типы электромагнитного излучения подразделяются на следующие классы (области, полосы или типы):
- Гамма,
- Рентгеновское,
- Ультрафиолетовое,
- Видимое,
- Инфракрасное,
- Микроволновое,
- Радиоволны.
Данная классификация идет в порядке возрастания длины волны.
Обратите внимание, что нет точно определенных границ между полосами электромагнитного спектра. Они «растворяются» друг в друге как полосы в радуге (которая является под-спектром видимого света). Излучение каждой частоты и длины волны обладает сочетанием свойств двух областей спектра, которые его ограничивают.
Различие между рентгеновским излучением и гамма-излучением частично основано на источниках: фотоны, генерируемые в результате ядерного распада или другого ядерного и субъядерного процесса, называются гамма-лучами, тогда как рентгеновские лучи генерируются электронными переходами с участием высокоэнергетического внутреннего атома электрона.
Определение, что электромагнитное излучение, которое исходит от ядра, называют «гамма-излучением», является единственным определением, которое соблюдается повсеместно.
Электромагнитное излучение может быть выражено через энергию, длину волны или частоту.
Частота измеряется в циклах в секунду или в герцах. Длина волны измеряется в метрах. Энергия измеряется в электрон-вольтах. Каждая из этих трех величин, применяемых для описания электромагнитного излучения, математически связана друг с другом.
Астрономы используют весь электромагнитный спектр для наблюдений множества вещей. Радиоволны и микроволны - самые длинные волны и самые низкие энергии света - используются для наблюдения за плотными межзвездными облаками и отслеживания движения холодного темного газа. Радиотелескопы были использованы для картирования структуры нашей галактики, в то время как микроволновые телескопы чувствительны к остаткам Большого взрыва.
Инфракрасные телескопы эффективны в обнаружении прохладных тусклых звезд и даже измерении температуры планет в других солнечных системах. Длины волн инфракрасного света достаточно велики, чтобы перемещаться сквозь облака, которые в противном случае блокировали бы наш обзор. Используя большие инфракрасные телескопы, астрономы смогли заглянуть в ядро нашей галактики.
Большое количество звезд излучают часть своей электромагнитной энергии в виде видимого света, крошечной части спектра, к которой чувствительны наши глаза. Так как длина волны коррелирует с энергией, цвет звезды говорит нам, насколько она горячая.
Используя телескопы, чувствительные к различным диапазонам длин волн спектра, астрономы получают представление о широком круге объектов и явлений во вселенной.
