- Geavanceerd
- Basis
Het elektromagnetisch (EM) spectrum is het bereik van alle soorten EM-straling. Straling is energie die zich verplaatst en verspreidt als het gaat het zichtbare licht dat afkomstig is van een lamp in je huis en de radiogolven die afkomstig zijn van een radiozender zijn twee soorten elektromagnetische straling. De andere soorten EM-straling die samen het elektromagnetisch spectrum vormen, zijn microgolven, infrarood licht, ultraviolet licht, röntgenstraling en gammastraling.
Je weet meer over het elektromagnetisch spectrum dan je misschien denkt. Onderstaande afbeelding laat zien waar u elk deel van het EM-spectrum in uw dagelijks leven kunt tegenkomen.
Het elektromagnetische spectrum van laagste energie/langste golflengte (bovenaan) tot hoogste energie/kortste golflengte (onderaan). (Credit: NASA’s Imagine the Universe)
Radio: Uw radio vangt radiogolven op die door radiozenders worden uitgezonden, waardoor u uw favoriete deuntjes hoort. Radiogolven worden ook uitgezonden door sterren en gassen in de ruimte.
Microgolf: Microgolfstraling kookt uw popcorn in slechts een paar minuten, maar wordt ook gebruikt door astronomen om meer te weten te komen over de structuur van nabije sterrenstelsels.
Infrarood: Nachtkijkers pikken het infrarode licht op dat wordt uitgezonden door onze huid en voorwerpen met warmte. In de ruimte helpt infrarood licht ons het stof tussen sterren in kaart te brengen.
Zichtbaar: Onze ogen detecteren zichtbaar licht. Vuurvliegjes, gloeilampen en sterren zenden allemaal zichtbaar licht uit.
Ultraviolet: Ultraviolette straling wordt uitgezonden door de zon en is de reden dat de huid bruin wordt en verbrandt. Ook “hete” objecten in de ruimte zenden UV-straling uit.
Röntgenstraling: Een tandarts gebruikt röntgenstraling om een beeld van uw gebit te krijgen, en de luchthavenbeveiliging gebruikt het om door uw tas te kijken. Hete gassen in het heelal zenden ook röntgenstraling uit.
Gammastraling: Artsen gebruiken gammastraling om in uw lichaam te kijken. De grootste gammastraalgenerator van allemaal is het heelal.
Is een radiogolf hetzelfde als een gammastraal?
Zijn radiogolven totaal andere fysische objecten dan gammastralen? Ze ontstaan in verschillende processen en worden op verschillende manieren waargenomen, maar ze zijn niet fundamenteel verschillend. Radiogolven, gammastralen, zichtbaar licht en alle andere delen van het elektromagnetisch spectrum zijn elektromagnetische straling.
Elektromagnetische straling kan worden beschreven in termen van een stroom massaloze deeltjes, fotonen genaamd, die elk in een golfvormig patroon met de snelheid van het licht reizen. Elk foton bevat een bepaalde hoeveelheid energie. De verschillende soorten straling worden gedefinieerd aan de hand van de hoeveelheid energie die de fotonen bevatten. Radiogolven hebben fotonen met een lage energie, microgolffotonen hebben iets meer energie dan radiogolven, infrarode fotonen nog meer, dan zichtbare, ultraviolette, röntgenstralen, en, de meest energetische van allemaal, gammastralen.
Meten van elektromagnetische straling
Elektromagnetische straling kan worden uitgedrukt in energie, golflengte, of frequentie. Frequentie wordt gemeten in cycli per seconde, of Hertz. Golflengte wordt gemeten in meters. Energie wordt gemeten in elektronvolt. Elk van deze drie grootheden voor de beschrijving van EM-straling zijn op een nauwkeurige wiskundige manier aan elkaar gerelateerd. Maar waarom hebben we drie manieren om dingen te beschrijven, elk met een andere reeks fysische eenheden?
Vergelijking van golflengte, frequentie en energie voor het elektromagnetische spectrum. (Credit: NASA’s Imagine the Universe)
Het korte antwoord is dat wetenschappers er niet van houden om getallen te gebruiken die groter of kleiner zijn dan nodig is. Het is veel gemakkelijker om “twee kilometer” te zeggen of te schrijven dan “tweeduizend meter”. Over het algemeen gebruiken wetenschappers de eenheden die het gemakkelijkst zijn voor het soort EM-straling waarmee ze werken.
Astronomen die radiogolven bestuderen, hebben de neiging om golflengten of frequenties te gebruiken. Het grootste deel van het radiogedeelte van het EM-spectrum valt in het bereik van ongeveer 1 cm tot 1 km, wat neerkomt op 30 gigahertz (GHz) tot 300 kilohertz (kHz) in frequenties. De radio is een zeer breed deel van het EM-spectrum.
Infrarood- en optische astronomen gebruiken over het algemeen golflengte. Infrarood-astronomen gebruiken microns (miljoensten van een meter) voor golflengten, dus hun deel van het EM-spectrum valt in het bereik van 1 tot 100 micron. Optische astronomen gebruiken zowel angstroms (0,00000001 cm, of 10-8 cm) als nanometers (0,0000001 cm, of 10-7 cm). Bij gebruik van nanometers hebben violet, blauw, groen, geel, oranje en rood licht golflengten tussen 400 en 700 nanometer. (Dit bereik is maar een heel klein deel van het hele EM-spectrum, dus het licht dat onze ogen kunnen zien is maar een klein deel van alle EM-straling om ons heen.)
De golflengten van ultraviolet, röntgen en gammastraling in het EM-spectrum zijn heel klein. In plaats van golflengten te gebruiken, verwijzen astronomen die deze delen van het EM-spectrum bestuderen gewoonlijk naar deze fotonen met hun energieën, gemeten in elektronvolt (eV). Ultraviolette straling valt in het bereik van een paar elektronvolt tot ongeveer 100 eV. Röntgenfotonen hebben energieën in het bereik van 100 eV tot 100.000 eV (of 100 keV). Gammastralen zijn dan alle fotonen met energieën groter dan 100 keV.
Toon mij een grafiek van de golflengte-, frequentie-, en energieregimes van het spectrum
Waarom plaatsen we telescopen in een baan om de aarde?
De dampkring van de aarde houdt de meeste soorten elektromagnetische straling uit de ruimte tegen om het aardoppervlak te bereiken. Deze illustratie laat zien hoe ver verschillende delen van het EM-spectrum in de atmosfeer kunnen doordringen voordat ze worden geabsorbeerd. Alleen delen van het radio- en het zichtbare licht bereiken het aardoppervlak. (Credit: STScI/JHU/NASA)
De meeste elektromagnetische straling uit de ruimte is niet in staat om het aardoppervlak te bereiken. Radiofrequenties, zichtbaar licht en wat ultraviolet licht komen tot op zeeniveau. Astronomen kunnen sommige infrarode golflengten waarnemen door telescopen op bergtoppen te plaatsen. Experimenten met ballonnen kunnen tot 35 km boven het oppervlak reiken en maandenlang werken. Raketvluchten kunnen instrumenten helemaal boven de dampkring van de aarde brengen, maar slechts voor een paar minuten voordat ze weer terug op aarde vallen.
Voor langetermijnwaarnemingen kun je je detector het beste op een satelliet in een baan om de aarde zetten en erboven gaan zitten! Maart 2013