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Lo spettro elettromagnetico (EM) è la gamma di tutti i tipi di radiazioni EM. La radiazione è energia che viaggia e si diffonde mentre va la luce visibile che viene da una lampada in casa tua e le onde radio che vengono da una stazione radio sono due tipi di radiazione elettromagnetica. Gli altri tipi di radiazioni EM che compongono lo spettro elettromagnetico sono le microonde, la luce infrarossa, la luce ultravioletta, i raggi X e i raggi gamma.
Sai più dello spettro elettromagnetico di quanto tu possa pensare. L’immagine qui sotto mostra dove potresti incontrare ogni porzione dello spettro EM nella tua vita quotidiana.
Lo spettro elettromagnetico dalla più bassa energia/lunghezza d’onda più lunga (in alto) alla più alta energia/lunghezza d’onda più breve (in basso). (Credito: Imagine the Universe della NASA)
Radio: La tua radio cattura le onde radio emesse dalle stazioni radio, portandoti i tuoi brani preferiti. Le onde radio sono emesse anche dalle stelle e dai gas nello spazio.
Microonde: Le radiazioni a microonde cuoceranno i tuoi popcorn in pochi minuti, ma sono anche usate dagli astronomi per conoscere la struttura delle galassie vicine.
Infrarossi: Gli occhiali per la visione notturna raccolgono la luce infrarossa emessa dalla nostra pelle e dagli oggetti con calore. Nello spazio, la luce infrarossa ci aiuta a mappare la polvere tra le stelle.
Visibile: I nostri occhi rilevano la luce visibile. Le lucciole, le lampadine e le stelle emettono tutte luce visibile.
Ultravioletto: Le radiazioni ultraviolette sono emesse dal Sole e sono la ragione per cui la pelle si abbronza e si brucia. Anche gli oggetti “caldi” nello spazio emettono radiazioni UV.
Raggi X: Un dentista usa i raggi X per visualizzare i tuoi denti, e la sicurezza aeroportuale li usa per vedere attraverso la tua borsa. Anche i gas caldi nell’universo emettono raggi X.
Raggi gamma: I medici usano i raggi gamma per vedere all’interno del tuo corpo. Il più grande generatore di raggi gamma di tutti è l’Universo.
Un’onda radio è uguale a un raggio gamma?
Le onde radio sono oggetti fisici completamente diversi dai raggi gamma? Sono prodotte in processi diversi e sono rilevate in modi diversi, ma non sono fondamentalmente diverse. Le onde radio, i raggi gamma, la luce visibile e tutte le altre parti dello spettro elettromagnetico sono radiazioni elettromagnetiche.
La radiazione elettromagnetica può essere descritta in termini di un flusso di particelle senza massa, chiamate fotoni, ognuna delle quali viaggia come un’onda alla velocità della luce. Ogni fotone contiene una certa quantità di energia. I diversi tipi di radiazione sono definiti dalla quantità di energia presente nei fotoni. Le onde radio hanno fotoni con energie basse, i fotoni delle microonde hanno un po’ più di energia delle onde radio, i fotoni infrarossi ne hanno ancora di più, poi il visibile, l’ultravioletto, i raggi X e, i più energetici di tutti, i raggi gamma.
Misurare la radiazione elettromagnetica
La radiazione elettromagnetica può essere espressa in termini di energia, lunghezza d’onda o frequenza. La frequenza si misura in cicli al secondo, o Hertz. La lunghezza d’onda si misura in metri. L’energia è misurata in elettronvolt. Ognuna di queste tre quantità per descrivere la radiazione EM sono correlate tra loro in un modo matematico preciso. Ma perché avere tre modi di descrivere le cose, ognuno con un diverso set di unità fisiche?
Confronto tra lunghezza d’onda, frequenza ed energia dello spettro elettromagnetico. (Credit: NASA’s Imagine the Universe)
La risposta breve è che agli scienziati non piace usare numeri più grandi o più piccoli del necessario. È molto più facile dire o scrivere “due chilometri” che “duemila metri”. In generale, gli scienziati usano le unità più facili per il tipo di radiazione EM con cui lavorano.
Gli astronomi che studiano le onde radio tendono a usare le lunghezze d’onda o le frequenze. La maggior parte della parte radio dello spettro EM cade nella gamma da circa 1 cm a 1 km, che è di 30 gigahertz (GHz) a 300 kilohertz (kHz) in frequenze. La radio è una parte molto ampia dello spettro EM.
Gli astronomi dell’infrarosso e dell’ottico usano generalmente la lunghezza d’onda. Gli astronomi infrarossi usano i micron (milionesimi di metro) per le lunghezze d’onda, quindi la loro parte dello spettro EM cade nell’intervallo da 1 a 100 micron. Gli astronomi ottici usano sia gli angstrom (0,00000001 cm, o 10-8 cm) che i nanometri (0,0000001 cm, o 10-7 cm). Usando i nanometri, la luce viola, blu, verde, gialla, arancione e rossa hanno lunghezze d’onda tra i 400 e i 700 nanometri. (Questa gamma è solo una piccola parte dell’intero spettro EM, quindi la luce che i nostri occhi possono vedere è solo una piccola frazione di tutta la radiazione EM che ci circonda)
Le lunghezze d’onda delle regioni ultraviolette, dei raggi X e dei raggi gamma dello spettro EM sono molto piccole. Invece di usare le lunghezze d’onda, gli astronomi che studiano queste porzioni dello spettro EM di solito si riferiscono a questi fotoni con le loro energie, misurate in elettronvolt (eV). La radiazione ultravioletta rientra nella gamma da pochi elettronvolt a circa 100 eV. I fotoni X hanno energie che vanno da 100 eV a 100.000 eV (o 100 keV). I raggi gamma sono quindi tutti i fotoni con energie superiori a 100 keV.
Mostrami un grafico dei regimi di lunghezza d’onda, frequenza ed energia dello spettro
Perché mettiamo i telescopi in orbita?
L’atmosfera terrestre impedisce alla maggior parte delle radiazioni elettromagnetiche provenienti dallo spazio di raggiungere la superficie terrestre. Questa illustrazione mostra quanto lontano nell’atmosfera possono andare le diverse parti dello spettro EM prima di essere assorbite. Solo porzioni di luce radio e visibile raggiungono la superficie. (Credit: STScI/JHU/NASA)
La maggior parte delle radiazioni elettromagnetiche dallo spazio non è in grado di raggiungere la superficie della Terra. Le frequenze radio, la luce visibile e un po’ di luce ultravioletta riescono a raggiungere il livello del mare. Gli astronomi possono osservare alcune lunghezze d’onda infrarosse mettendo dei telescopi sulle cime delle montagne. Gli esperimenti in mongolfiera possono raggiungere i 35 km sopra la superficie e possono funzionare per mesi. I voli a razzo possono portare gli strumenti fin sopra l’atmosfera terrestre, ma solo per pochi minuti prima di ricadere sulla Terra.
Per osservazioni a lungo termine, tuttavia, è meglio avere il tuo rivelatore su un satellite orbitante e andare al di sopra di tutto!
Aggiornato: Marzo 2013