Das Universum strahlt Strahlung in alle Längsrichtungen und Wellen des elektromagnetischen Spektrums aus. Diese Strahlung ist in allen Lebensbereichen vorhanden und ermöglicht das Funktionieren der meisten Ökosysteme des Planeten und wärmt uns durch die Übertragung von Energie. Es gibt jedoch eine Eigenschaft in der Atmosphäre, die den Durchgang bestimmter Strahlung zur Erdoberfläche ermöglicht und heißt Atmosphärisches Fenster.
Was ist das atmosphärische Fenster?
Es handelt sich dabei um die besondere Fähigkeit der Erdatmosphäre, für bestimmte Strahlungen aus dem Weltraum durchlässig zu werden und so das Durchdringen anderer Strahlungen zur Oberfläche zu verhindern, die die Existenz von Leben auf der Erde unmöglich machen würden. Im Allgemeinen handelt es sich bei den Strahlungen, die aus dem Kosmos in die Erdoberfläche eindringen, um Radiowellen und sichtbares Licht. (plus ein kleiner Bruchteil von Infrarotstrahlung und Ultraviolett) die den sogenannten optischen und Funkfenstern entsprechen.
Optisches und Funkfenster
Die Erdatmosphäre hat die Fähigkeit, elektromagnetische Strahlung aus dem Universum in einem großen Teil ihrer Wellenlängen zu absorbieren. Es gibt Bands, bei denen die Atmosphäre fast durchsichtig ist, und zwei davon sind breit genug, um von astronomischem Interesse zu sein und Gegenstand weiterer Studien zu sein. Diese Studien sind von entscheidender Bedeutung für das Verständnis der Wasserkreislauf in verschiedenen Ökosystemen und ihre Beziehung zur Feuchtigkeit.
Das bekannteste ist das „optische Fenster“, das den Durchgang elektromagnetischer Wellen ermöglicht, die allgemein als sichtbares Spektrum bekannt sind: Wellenlängen von etwa 300 bis 1.000 Nanometern (0,3 bis 1 Pikometer). Das zweite ist als „Radiofenster“ bekannt und erstreckt sich über Wellenlängen von 1 Millimeter bis 15 Metern (300 GHz – 20 MHz). Darüber hinaus ist die Untersuchung dieser atmosphärischen Fenster von entscheidender Bedeutung für das Verständnis des Wasserkreislaufs in verschiedenen Ökosystemen.
Im Bereich zwischen dem optischen Fenster und dem Radiofenster ist die atmosphärische Absorption hauptsächlich auf Wasser und Kohlendioxid zurückzuführen (hier sind auch einige teilweise transparente Bänder erkennbar). Bei längeren Wellenlängen (zwischen 1 mm und 1 cm) sind sie für die Absorption vor allem von Sauerstoff und Wasserdampf verantwortlich.
Atmosphärische Fenster zum elektromagnetischen Spektrum
Das elektromagnetische Spektrum ist die energetische Zuordnung der Menge elektromagnetischer Wellen, die eine Substanz aussendet oder absorbiert. Spektren können mit Spektroskopen beobachtet werden Diese ermöglichen nicht nur die Beobachtung des Spektrums, sondern auch dessen Messung, beispielsweise der Wellenlänge, Frequenz und Strahlungsintensität. Für eine ausführlichere Untersuchung dieser Konzepte können Sie unseren Artikel über Hausgewächshaus.
Das elektromagnetische Spektrum reicht von Strahlung mit kürzerer Wellenlänge, wie Gammastrahlen und Röntgenstrahlen, über ultraviolettes Licht, sichtbares Licht und Infrarotstrahlen bis hin zu elektromagnetischen Wellen mit längerer Wellenlänge, wie Radiowellen. Es ist möglich, dass die Grenze für die kleinste Wellenlänge die Planck-Länge ist und dass die maximale Grenze die Größe des Universums wäre, obwohl Die Wissenschaft bestätigt offiziell, dass das elektromagnetische Spektrum unendlich und kontinuierlich ist.
Spektrumbereich
Das Spektrum umfasst die Energie elektromagnetischer Wellen, die unterschiedliche Wellenlängen haben. Frequenzen von 30 Hz und darunter werden oft von bestimmten Sternnebeln erzeugt und sind für ihre Untersuchung relevant. Es wurden sehr hohe Frequenzen gefunden wie 2.9 * 1027 Hz. Hochfrequente elektromagnetische Wellen haben eine kurze Wellenlänge und eine hohe Energie, während niederfrequente Wellen eine lange Wellenlänge und eine niedrige Energie haben.
Immer wenn sich elektromagnetische Wellen jedoch in einem Medium (Materie) befinden, nimmt ihre Wellenlänge ab. Wellenlängen elektromagnetischer Strahlung werden unabhängig vom Medium, durch das sie sich ausbreitet, im Allgemeinen als Wellenlängen im Vakuum angegeben. Elektromagnetische Strahlung wird üblicherweise nach der Wellenlänge klassifiziert: Radiowellen, Mikrowellen, Infrarot- und sichtbarer Bereich, den wir als Licht, ultraviolette Strahlen, Röntgenstrahlen und Gammastrahlen beobachten.
Radiowellen
Radiowellen werden typischerweise mithilfe von Antennen entsprechender Größe (basierend auf dem Resonanzprinzip) mit Wellenlängen von mehreren hundert Metern bis zu etwa einem Millimeter verwendet. Seine Verwendung ist auf die Datenübertragung durch Modulation anwendbar. Von drahtlosen Netzwerken, Mobiltelefonie, Fernsehen und Magnetresonanztomographie sind dies nur einige der beliebtesten Anwendungen der sogenannten „Radiowellen“, die im Zusammenhang mit der Luftverschmutzung.
Mikrowellenofen
Es handelt sich um Hochfrequenzwellen, die daher eine sehr kurze Wellenlänge haben, daher ihr Name. Ihre charakteristische Eigenschaft besteht in der Anregung von Wassermolekülen und sie sind zwischen Infrarotstrahlen und herkömmlichen Radiowellen angesiedelt. Die Wellenlänge beträgt ungefähr 1 mm bis 30 cm. Seine Verwendung zeigt sich in Mikrowellenherden zum Erhitzen von flüssigkeitshaltigen Lebensmitteln, was eine praktische Anwendung in unserem täglichen Leben zeigt.
Infrarotwellen
Infrarot sind Wellen des elektromagnetischen Spektrums, die zwischen sichtbarem rotem Licht und den Anfangswellen des Radiowellenbereichs liegen. Im Bereich des elektromagnetischen Spektrums ist diese Strahlung das, was wir als Wärme wahrnehmen, eine Energieform, die für viele natürliche Prozesse, insbesondere für die, von wesentlicher Bedeutung ist.
sichtbarer Bereich
Es handelt sich um elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge von etwa 400 nm und 700 nm. In diesem Bereich erzeugen die Sonne und ihr ähnliche Sterne den größten Teil ihrer Strahlung und ihre Frequenz liegt über dem Infrarot. Das Licht, das wir beobachten, ist eigentlich ein winziger Teil des elektromagnetischen Spektrums. Regenbogen sind ein Muster des sichtbaren Teils des elektromagnetischen Spektrums.
Ultraviolette Strahlung
Auch als UV-Strahlen bekannt, ist es Strahlung mit einer Wellenlänge, die kürzer ist als das violette Ende des sichtbaren Spektrums. Ultraviolette Strahlung kann aufgrund ihrer Energie chemische Bindungen aufbrechen, Moleküle außerordentlich reaktiv machen oder sie ionisieren, was der Garant für eine Verhaltensänderung wäre, weshalb UV-Strahlen Sonnenbrände und sogar Krebs der Haut zugeschrieben werden
Röntgenstrahlen
Röntgenstrahlen kommen nach Ultraviolett. Harte Röntgenstrahlen haben kürzere Wellenlängen als weiche Röntgenstrahlen. Seine Nützlichkeit ist anwendbar, um durch einige Objekte zu sehen. Die Emission von Röntgenstrahlen von Neutronensternen und Akkretionsscheiben ermöglicht die Untersuchung dieser elektromagnetischen Wellen. Röntgenstrahlen sind in Medizin und Industrie nützlich. Sterne und insbesondere einige Arten von Nebeln sind die Hauptemittenten von Röntgenstrahlen.
Gamma Strahlen
Gammastrahlen folgen auf die Röntgenstrahlen und sind die energiereichsten Photonen. Die untere Grenze ihrer Wellenlänge ist unbekannt. Sie sind für Astronomen bei der Untersuchung von Objekten oder Regionen mit hoher Energie von Nutzen und für Physiker aufgrund ihrer Durchdringungsfähigkeit und der Produktion von Radioisotopen von Nutzen. Die Wellendimension von Gammastrahlen wird mit großer Genauigkeit mittels Compton-Streuung gemessen.
Emissions- und Absorptionsspektren
Das Atomemissionsspektrum eines Elements ist eine Reihe von Frequenzen der elektromagnetischen Wellen, die von Atomen dieses Elements im gasförmigen Zustand ausgesendet werden, wenn ihm Energie übertragen wird. Das Emissionsspektrum jedes Elements ist einzigartig und kann verwendet werden, um festzustellen, ob dieses Element Teil einer unbekannten Verbindung ist.
Das Absorptionsspektrum zeigt den Anteil der einfallenden elektromagnetischen Strahlung, den ein Material innerhalb eines Frequenzbereichs absorbiert. Jedes chemische Element hat Absorptionslinien bei bestimmten Wellenlängen, eine Tatsache, die mit den Energieunterschieden seiner verschiedenen Atomorbitale zusammenhängt. Tatsächlich wird das Absorptionsspektrum verwendet, um die Bestandteile einiger Proben wie Flüssigkeiten und Gase zu identifizieren; außerhalb, kann verwendet werden, um die Struktur organischer Verbindungen zu bestimmen.
Es ist wichtig klarzustellen, dass in dem, was als Stimmungsvolle Fenster, kommt es zwischen dem Messobjekt und den Messgeräten nur zu einer sehr geringen oder keiner Absorption oder Emission elektromagnetischer Strahlung durch die Luftbestandteile.
