Radiacija erdvėje suteikia užuominų apie Visatą

Teleskopų (veikiančių 2013 m. vasario mėn.), kurių bangos ilgiai visame elektromagnetiniame spektre, pavyzdys. Kai kurios iš šių observatorijų stebi daugiau nei vieną EM spektro juostą. NASA

Astronomija yra visatos objektų, kurie spinduliuoja (arba atspindi) energiją iš viso elektromagnetinio spektro, tyrimas. Astronomai tiria visų visatos objektų spinduliuotę. Pažvelkime nuodugniai į radiacijos formas.

Planetos, skriejančios aplink pulsarą, meno kūriniai. Pulsarai yra labai greitai besisukančios neutroninės žvaigždės, kurios yra negyvos masyvių žvaigždžių šerdys ir sukasi ant savo ašių dažnai šimtus kartų per sekundę. Jie spinduliuoja radijo bangas ir optinę šviesą. Mark Garlick / Science Photo Library (Getty Images)

Svarba astronomijai

Norėdami visiškai suprasti visatą, mokslininkai turi pažvelgti į ją visame elektromagnetiniame spektre. Tai apima didelės energijos daleles, tokias kaip kosminiai spinduliai. Kai kurie objektai ir procesai iš tikrųjų yra visiškai nematomi tam tikru bangos ilgiu (netgi optiniu), todėl astronomai žiūri į juos daugeliu bangų ilgių. Kažkas nematomo vienu bangos ilgiu ar dažniu gali būti labai ryškus kitame, ir tai pasako mokslininkams kai ką labai svarbaus apie tai.

Radiacijos rūšys

Spinduliuotė apibūdina elementarias daleles, branduolius ir elektromagnetines bangas, sklindančias erdvėje. Mokslininkai spinduliuotę paprastai nurodo dviem būdais: jonizuojančia ir nejonizuojančia.

Jonizuojanti radiacija

Jonizacija yra procesas, kurio metu elektronai pašalinami iš atomo. Tai vyksta gamtoje visą laiką, ir tam tik reikia, kad atomas susidurtų su fotonu arba dalele, turinčia pakankamai energijos, kad sužadintų rinkimus. Kai tai atsitiks, atomas nebegali išlaikyti ryšio su dalele.

Tam tikros spinduliuotės formos turi pakankamai energijos įvairiems atomams ar molekulėms jonizuoti. Jie gali padaryti didelę žalą biologiniams subjektams, sukeldami vėžį ar kitas reikšmingas sveikatos problemas. Radiacinės žalos mastas priklauso nuo to, kiek spinduliuotės organizmas sugėrė.

Elektromagnetinis spektras rodomas kaip dažnio / bangos ilgio ir temperatūros funkcija. Chandra rentgeno observatorija

Minimali riba energijos, reikalingos, kad spinduliuotė būtų laikoma jonizuojančia yra apie 10 elektronvoltų (10 eV). Yra keletas radiacijos formų, kurios natūraliai egzistuoja virš šios ribos:

• Gama spinduliai : Gama spinduliai (paprastai žymima graikiška raide γ) yra elektromagnetinės spinduliuotės forma. Jie reprezentuoja aukščiausios energijos šviesos formas visata . Gama spinduliai atsiranda dėl įvairių procesų: nuo veiklos branduoliniuose reaktoriuose iki žvaigždžių sprogimų, vadinamų supernovos ir labai energingi įvykiai, žinomi kaip gama spindulių pliūpsniai. Kadangi gama spinduliai yra elektromagnetinė spinduliuotė, jie lengvai nesąveikauja su atomais, nebent įvyktų susidūrimas. Tokiu atveju gama spinduliai „suirs“ į elektronų ir pozitronų porą. Tačiau jei gama spindulius sugertų biologinis subjektas (pvz., žmogus), gali būti padaryta didelė žala, nes tokiai spinduliuotei sustabdyti reikia daug energijos. Šia prasme gama spinduliai yra bene pavojingiausia spinduliuotės forma žmonėms. Laimei, nors jie gali prasiskverbti keletą mylių į mūsų atmosferą prieš sąveikaudami su atomu, mūsų atmosfera yra pakankamai stora, kad dauguma gama spindulių būtų sugeriami dar nepasiekdami žemės. Tačiau kosmose esantys astronautai nuo jų neapsaugoti ir gali praleisti tik tiek laiko, kiek jie gali praleisti „už“ erdvėlaivio ar kosminės stoties. Nors labai didelės gama spinduliuotės dozės gali būti mirtinos, labiausiai tikėtinas pasikartojantis didesnis nei vidutinis gama spinduliuotės poveikis (kaip, pavyzdžiui, astronautai), yra padidėjusi vėžio rizika. Pasaulio kosmoso agentūrų gyvybės mokslų ekspertai tai atidžiai tiria.
rentgeno spinduliai: rentgeno spinduliai, kaip ir gama spinduliai, yra elektromagnetinių bangų (šviesos) forma. Paprastai jie skirstomi į dvi klases: minkštieji rentgeno spinduliai (kurių bangos ilgiai yra ilgesni) ir kietieji rentgeno spinduliai (trumpesnio bangos ilgio). Kuo trumpesnis bangos ilgis (t sunkiau Rentgeno nuotrauka) tuo jis pavojingesnis. Štai kodėl medicininiame vaizdavime naudojami mažesnės energijos rentgeno spinduliai. Rentgeno spinduliai paprastai jonizuoja mažesnius atomus, o didesni atomai gali sugerti spinduliuotę, nes jų jonizacijos energija yra didesnė. Štai kodėl rentgeno aparatai labai gerai atvaizduos tokius dalykus kaip kaulai (jie sudaryti iš sunkesnių elementų), o minkštųjų audinių (lengvesnių elementų) vaizdai yra prasti. Apskaičiuota, kad rentgeno aparatai ir kiti išvestiniai prietaisai tarp 35-50 proc. jonizuojančiosios spinduliuotės, kurią patiria JAV žmonės. Alfa dalelės: Alfa dalelė (žymima graikiška raide α) susideda iš dviejų protonų ir dviejų neutronų; lygiai tokia pati sudėtis kaip helio branduolio. Sutelkiant dėmesį į alfa skilimo procesą, kuris juos sukuria, štai kas atsitinka: alfa dalelė labai dideliu greičiu (todėl didelės energijos) išmetama iš pirminio branduolio, paprastai daugiau nei 5 proc. šviesos greitis . Kai kurios alfa dalelės patenka į Žemę pavidalu kosminiai spinduliai ir gali pasiekti greitį, viršijantį 10 % šviesos greičio. Tačiau paprastai alfa dalelės sąveikauja labai mažais atstumais, todėl čia, Žemėje, alfa dalelių spinduliuotė nėra tiesioginė grėsmė gyvybei. Jį tiesiog sugeria mūsų išorinė atmosfera. Tačiau tai yra kelia pavojų astronautams. Beta dalelės: Beta skilimo rezultatas, beta dalelės (dažniausiai apibūdinamos graikų raide Β) yra energingi elektronai, kurie išbėga, kai neutronas suyra į protoną, elektroną ir anti- neutrino . Šie elektronai yra energingesni nei alfa dalelės, bet mažiau nei didelės energijos gama spinduliai. Paprastai beta dalelės nekelia susirūpinimo žmonių sveikatai, nes yra lengvai apsaugotos. Dirbtinai sukurtos beta dalelės (kaip ir greitintuvuose) gali lengviau prasiskverbti per odą, nes turi daug didesnę energiją. Kai kuriose vietose šie dalelių pluoštai naudojami įvairių rūšių vėžiui gydyti, nes jie gali nukreipti į labai specifinius regionus. Tačiau auglys turi būti arti paviršiaus, kad nepažeistų didelių kiekių įsiterpusių audinių.
• Neutronų spinduliuotė : Labai didelės energijos neutronai susidaro branduolių sintezės ar branduolio dalijimosi procesų metu. Tada juos gali sugerti atomo branduolys, todėl atomas pereina į sužadinimo būseną ir gali skleisti gama spindulius. Tada šie fotonai sužadins aplink juos esančius atomus, sukurdami grandininę reakciją, dėl kurios sritis taps radioaktyvi. Tai yra vienas iš pagrindinių būdų, kuriais žmonės susižaloja dirbdami šalia branduolinių reaktorių be tinkamos apsaugos.

Nejonizuojanti spinduliuotė

Nors apie jonizuojančiąją spinduliuotę (aukščiau) kalbama apie tai, kad ji kenkia žmonėms, nejonizuojanti spinduliuotė taip pat gali turėti reikšmingą biologinį poveikį. Pavyzdžiui, nejonizuojanti spinduliuotė gali sukelti saulės nudegimus. Tačiau tai yra tai, ką mes naudojame gamindami maistą mikrobangų krosnelėje. Nejonizuojanti spinduliuotė taip pat gali būti šiluminės spinduliuotės forma, kuri gali įkaitinti medžiagą (taigi ir atomus) iki pakankamai aukštos temperatūros, kad sukeltų jonizaciją. Tačiau šis procesas skiriasi nuo kinetinių ar fotonų jonizacijos procesų.

Karlo Janskio labai didelis radijo teleskopų masyvas yra netoli Socorro, Naujojoje Meksikoje. Šiame masyve daugiausia dėmesio skiriama radijo spinduliuotei iš įvairių objektų ir procesų danguje. NRAO/AUI

• Radio bangos : Radijo bangos yra ilgiausio bangos ilgio elektromagnetinės spinduliuotės (šviesos) forma. Jie driekiasi nuo 1 milimetro iki 100 kilometrų. Tačiau šis diapazonas sutampa su mikrobangų juosta (žr. toliau). Radijo bangas natūraliai sukuriaaktyvios galaktikos(ypač iš juos supančios srities supermasyvios juodosios skylės ), pulsarai ir į supernovos likučiai . Tačiau jie taip pat sukurti dirbtinai radijo ir televizijos transliavimo tikslais.
• Mikrobangų krosnelės : Apibrėžiamas kaip šviesos bangos ilgis nuo 1 milimetro iki 1 metro (1 000 milimetrų), mikrobangos kartais laikomos radijo bangų pogrupiu. Tiesą sakant, radijo astronomija paprastai yra mikrobangų juostos tyrimas, nes ilgesnės bangos spinduliuotę labai sunku aptikti, nes tam reikėtų didžiulio dydžio detektorių; taigi tik keli lygiaverčiai už 1 metro bangos ilgio. Nors mikrobangos nejonizuoja, jos vis tiek gali būti pavojingos žmonėms, nes dėl sąveikos su vandeniu ir vandens garais gali perduoti daiktui daug šiluminės energijos. (Taip pat dėl ​​šios priežasties mikrobangų observatorijos paprastai yra aukštos, sausose Žemės vietose, kad būtų sumažintas trukdžių kiekis, kurį mūsų atmosferoje esantys vandens garai gali sukelti eksperimentui.
• Infraraudonoji spinduliuotė : Infraraudonoji spinduliuotė yra elektromagnetinės spinduliuotės juosta, kuri užima bangos ilgius nuo 0,74 mikrometrų iki 300 mikrometrų. (Viename metre yra 1 mln. mikrometrų.) Infraraudonoji spinduliuotė yra labai artima optinei šviesai, todėl jai tirti naudojami labai panašūs metodai. Tačiau yra tam tikrų sunkumų, kuriuos reikia įveikti; būtent infraraudonąją šviesą gamina objektai, panašūs į „kambario temperatūrą“. Kadangi elektronika, naudojama infraraudonųjų spindulių teleskopams maitinti ir valdyti, veiks tokioje temperatūroje, patys instrumentai skleis infraraudonąją šviesą, trukdydami duomenims gauti. Todėl prietaisai aušinami skystu heliu, kad pašaliniai infraraudonieji fotonai nepatektų į detektorių. Dauguma ko saulė skleidžiama, pasiekianti Žemės paviršių, iš tikrųjų yra infraraudonoji šviesa, o matoma spinduliuotė nedaug atsilieka (o ultravioletinė spinduliuotė yra tolima trečdalis).

Spitzerio kosminio teleskopo sukurtas dujų ir dulkių debesies infraraudonųjų spindulių vaizdas. „Spider and Fly“ ūkas yra žvaigždžių formavimosi sritis, o Spitzerio infraraudonųjų spindulių vaizdas rodo struktūras debesyje, paveiktas naujagimių žvaigždžių spiečiaus. Spitzerio kosminis teleskopas / NASA

• Matoma (optinė) šviesa : Matomos šviesos bangų ilgių diapazonas yra 380 nanometrų (nm) ir 740 nm. Tai elektromagnetinė spinduliuotė, kurią galime aptikti savo akimis, visos kitos formos mums nematomos be elektroninių pagalbinių priemonių. Matoma šviesa iš tikrųjų yra tik labai maža elektromagnetinio spektro dalis, todėl astronomijoje svarbu ištirti visus kitus bangos ilgius, kad gautumėte išsamų vaizdą apie visata ir suprasti fizinius mechanizmus, valdančius dangaus kūnus.
• Juodojo kūno spinduliuotė : Juodasis kūnas yra objektas, kuris skleidžia elektromagnetinę spinduliuotę, kai jis yra šildomas, didžiausias sukuriamos šviesos bangos ilgis bus proporcingas temperatūrai (tai žinoma kaip Wien dėsnis). Nėra tokio dalyko kaip tobulas juodasis kūnas, tačiau daugelis objektų, tokių kaip mūsų Saulė, Žemė ir jūsų elektrinės viryklės ritės, yra gana geros apytikslės.
• Šiluminė spinduliuotė : Kadangi dalelės medžiagos viduje juda dėl savo temperatūros, gautą kinetinę energiją galima apibūdinti kaip bendrą sistemos šiluminę energiją. Juodojo kūno objekto atveju (žr. aukščiau) šiluminė energija iš sistemos gali būti išleista elektromagnetinės spinduliuotės pavidalu.

Radiacija, kaip matome, yra vienas iš pagrindinių visatos aspektų. Be jos neturėtume šviesos, šilumos, energijos ar gyvybės.

RedaguotaCarolyn Collins Petersen.