ينبعث من الكون الإشعاع في جميع الاتجاهات الطولية وموجات الطيف الكهرومغناطيسي. هذا الإشعاع موجود في جميع مجالات الحياة ويسمح بعمل معظم النظم البيئية للكوكب ويدفئنا عن طريق نقل الطاقة. ومع ذلك ، هناك خاصية في الغلاف الجوي تسمح بمرور إشعاع معين إلى سطح الأرض وتسمى نافذة الغلاف الجوي.
ما هي نافذة الغلاف الجوي؟
إنها القدرة الخاصة التي يتمتع بها الغلاف الجوي للأرض على أن يصبح شفافًا لبعض الإشعاعات التي تصل من الفضاء الخارجي وبالتالي يمنع مرور الإشعاعات الأخرى إلى السطح والتي من شأنها أن تجعل وجود الحياة على الأرض مستحيلاً. وبشكل عام، فإن الإشعاعات المسموح لها بالدخول إلى سطح الأرض من الكون هي الموجات الراديوية والضوء المرئي. (بالإضافة إلى جزء صغير من الأشعة تحت الحمراء والأشعة فوق البنفسجية) والتي تتوافق مع ما يسمى بالنوافذ الضوئية والراديو.
نافذة بصرية وراديو
الغلاف الجوي للأرض لديه القدرة على امتصاص الإشعاع الكهرومغناطيسي من الكون في معظم أطوال موجاته. هناك نطاقات يكون الغلاف الجوي لها شبه شفاف، واثنان منها واسعان بما يكفي ليكونا موضع اهتمام فلكي وهدفًا للدراسة المستمرة. هذه الدراسات ضرورية لفهم دورة المياه في النظم البيئية المختلفة وعلاقتها مع رطوبة.
والأكثر شهرة هو "النافذة البصرية"، التي تسمح بمرور الموجات الكهرومغناطيسية المعروفة باسم الطيف المرئي: أطوال موجية تتراوح من حوالي 300 إلى 1.000 نانومتر (0,3 إلى 1 بيكومتر). أما الثانية فهي ما يعرف بـ "نافذة الراديو" والتي تمتد بأطوال موجية من 1 مليمتر إلى 15 متراً (300 جيجاهرتز – 20 ميجاهرتز). وعلاوة على ذلك، فإن دراسة هذه النوافذ الجوية أمر بالغ الأهمية لفهم دورة المياه في النظم البيئية المتنوعة.
في المنطقة الواقعة بين النافذة الضوئية ونافذة الراديو ، يرجع الامتصاص الجوي أساسًا إلى الماء وثاني أكسيد الكربون (تظهر هنا بعض النطاقات الشفافة جزئيًا أيضًا). فيما يتعلق بأطول الأطوال الموجية (بين 1 مم و 1 سم) ، فهي مسؤولة عن امتصاص الأكسجين وبخار الماء بشكل أساسي.
نوافذ الغلاف الجوي للطيف الكهرومغناطيسي
يسمى الطيف الكهرومغناطيسي بتخصيص الطاقة لمجموعة الموجات الكهرومغناطيسية المنبعثة أو الممتصة من مادة ما. يمكن ملاحظة الأطياف باستخدام المطياف والتي بالإضافة إلى توفير القدرة على مراقبة الطيف، تسمح بإجراء قياسات عليه، مثل الطول الموجي والتردد وشدة الإشعاع. لمزيد من الدراسة المتعمقة لهذه المفاهيم، يمكنك زيارة مقالتنا حول البيت الدفيئة.
يمتد الطيف الكهرومغناطيسي من الإشعاع ذي الطول الموجي الأقصر، مثل أشعة جاما والأشعة السينية، إلى الضوء فوق البنفسجي والضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء، إلى الموجات الكهرومغناطيسية ذات الطول الموجي الأطول، مثل الموجات الراديوية. من الممكن أن يكون الحد الأقصى لأصغر طول موجي هو طول بلانك وأن يكون الحد الأقصى هو حجم الكون، على الرغم من ذلك يؤكد العلم رسميًا أن الطيف الكهرومغناطيسي غير محدود ومستمر.
مدى الطيف
يغطي الطيف طاقة الموجات الكهرومغناطيسية التي لها أطوال موجية مختلفة. غالبًا ما تنتج بعض السدم النجمية الترددات التي تبلغ 30 هرتز وما دونها وتكون ذات صلة بدراستها. تم العثور على ترددات عالية جدًا مثل 2.9 * 1027 هرتز.الموجات الكهرومغناطيسية عالية التردد لها طول موجي قصير وطاقة عالية ، بينما الموجات منخفضة التردد لها طول موجي طويل وطاقة منخفضة.
ومع ذلك ، عندما تكون الموجات الكهرومغناطيسية في وسط (مادة) ، ينخفض طولها الموجي. يتم تحديد الأطوال الموجية للإشعاع الكهرومغناطيسي ، بغض النظر عن الوسيلة التي تنتقل عبرها ، بشكل عام من حيث الطول الموجي في الفراغ. يتم تصنيف الإشعاع الكهرومغناطيسي عادةً حسب الطول الموجي: موجات الراديو ، الموجات الدقيقة ، الأشعة تحت الحمراء والمنطقة المرئية ، والتي نلاحظها كالضوء والأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية وأشعة جاما.
موجات الراديو
يتم استخدام الموجات الراديوية عادة باستخدام هوائيات ذات حجم مناسب (بناءً على مبدأ الرنين)، مع أطوال موجية تتراوح من مئات الأمتار إلى حوالي ملليمتر واحد. ويمكن استخدامه في نقل البيانات عن طريق التعديل. من الشبكات اللاسلكية والهواتف المحمولة والتلفزيون والتصوير بالرنين المغناطيسي، هذه ليست سوى بعض الاستخدامات الأكثر شيوعًا لما يسمى "الموجات الراديوية"، والتي لها صلة في سياق تلوث الغلاف الجوي.
المايكرويف
إنها موجات ذات تردد عالي وبالتالي لها طول موجي قصير جدًا، ومن هنا جاء اسمها. تتمثل خاصيتها المميزة في إثارة جزيئات الماء وتقع بين الأشعة تحت الحمراء والموجات الراديوية التقليدية. يبلغ طوله الموجي التقريبي 1 مم إلى 30 سم. ويظهر استخدامه جلياً في أفران الميكروويف لتسخين الأطعمة التي تحتوي على سوائل، مما يظهر تطبيقاً عملياً في حياتنا اليومية.
موجات الأشعة تحت الحمراء
الأشعة تحت الحمراء هي موجات من الطيف الكهرومغناطيسي تقع بين الضوء الأحمر المرئي والموجات الأولية لمنطقة الموجات الراديوية. وفي فضاء الطيف الكهرومغناطيسي، من المفهوم أن هذا الإشعاع هو ما نلاحظه على شكل حرارة، وهو شكل من أشكال الطاقة التي تعتبر أساسية في العديد من العمليات الطبيعية، وخاصة في .
المنطقة المرئية
إنه إشعاع كهرومغناطيسي يبلغ طوله الموجي حوالي 400 نانومتر و 700 نانومتر. في هذا النطاق تولد الشمس والنجوم المشابهة لها معظم إشعاعها ويكون ترددها فوق الأشعة تحت الحمراء. الضوء الذي نلاحظه هو في الواقع جزء صغير من الطيف الكهرومغناطيسي. أقواس قزح هي عينة من الجزء المرئي من الطيف الكهرومغناطيسي.
الأشعة فوق البنفسجية
يُعرف أيضًا باسم الأشعة فوق البنفسجية ، وهو إشعاع بطول موجي أقصر من الطرف البنفسجي للطيف المرئي. نظرًا لطاقتها ، يمكن للأشعة فوق البنفسجية أن تكسر الروابط الكيميائية ، مما يجعل الجزيئات تفاعلية بشكل استثنائي أو تؤينها ، وهو ما سيكون ضامنًا للتغيير في سلوكها ، ولهذا السبب تُنسب حروق الشمس وحتى السرطان إلى الأشعة فوق البنفسجية للجلد.
الأشعة السينية
تأتي الأشعة السينية بعد الأشعة فوق البنفسجية. الأشعة السينية الصلبة لها أطوال موجية أقصر من الأشعة السينية اللينة. فائدته قابلة للتطبيق لرؤية بعض الأشياء. يسمح انبعاث الأشعة السينية من النجوم النيوترونية وأقراص التراكم بدراسة هذه الموجات الكهرومغناطيسية. الأشعة السينية مفيدة في الطب والصناعة. النجوم وخاصة بعض أنواع السدم هي بواعث الأشعة السينية الرئيسية.
أشعة غاما
تقع أشعة جاما بعد الأشعة السينية وهي الفوتونات الأكثر نشاطًا، والحد الأدنى لطولها الموجي غير معروف. إنها توفر فائدة لعلماء الفلك في دراسة الأجسام أو المناطق ذات الطاقة العالية، وهي مفيدة لعلماء الفيزياء بسبب قدرتها على الاختراق وإنتاجها للنظائر المشعة. يتم قياس البعد الموجي لأشعة جاما بدقة كبيرة عن طريق تشتت كومبتون.
أطياف الانبعاث والامتصاص
طيف الانبعاث الذري لعنصر ما هو مجموعة من ترددات الموجات الكهرومغناطيسية المنبعثة من ذرات هذا العنصر ، في الحالة الغازية ، عند توصيل الطاقة إليه. يعتبر طيف الانبعاث لكل عنصر فريدًا ويمكن استخدامه لتحديد ما إذا كان هذا العنصر جزءًا من مركب غير معروف.
يُظهر طيف الامتصاص جزء الإشعاع الكهرومغناطيسي الساقط الذي تمتصه المادة ضمن نطاق من الترددات. يحتوي كل عنصر كيميائي على خطوط امتصاص عند بعض الأطوال الموجية ، وهي حقيقة مرتبطة باختلافات الطاقة في مداراته الذرية المختلفة. في الواقع ، يتم استخدام طيف الامتصاص لتحديد العناصر المكونة لبعض العينات ، مثل السوائل والغازات ؛ وراء - فى الجانب الاخر، يمكن استخدامها لتحديد بنية المركبات العضوية.
ومن المهم توضيح أنه فيما يعرف بـ نوافذ الغلاف الجوي، يوجد فقط القليل جدًا من الامتصاص أو الانبعاث للإشعاع الكهرومغناطيسي بواسطة مكونات الهواء بين الجسم المراد قياسه وأدوات القياس.
