بشنویدپادکست آستروپدیا را بشنوید یا برای بعد دانلود کنید

طیف الکترومغناطیس: رفتارشناسی امواج الکترومغناطیس

امواج نور در سراسر طیف الکترومغناطیسی به روشهای مشابهی رفتار می کنند. هنگامی که یک موج نوری با یک شی برخورد می کند، بسته به ترکیب جسم و طول موج نور، منتقل /بازتاب/جذب /انکسار /قطبی یا پراکنده می شود.

ابزارهای تخصصی موجود در فضاپیما و هواپیماهای ناسا، اطلاعاتی را در مورد نحوه رفتار امواج الکترومغناطیسی هنگام تعامل با ماده ها جمع می کنند. این داده ها می توانند ترکیب فیزیکی و شیمیایی ماده را نشان دهند.

بازتاب

انعکاس به زمانی گفته می شود که نور ورودی به یک شی برخورد می کند و مجدد پرتاب می شود. سطوح بسیار صاف مانند آینه ها تقریبا تمام نور ورودی را منعکس می کنند.

رنگ یک شیء در واقع طول موجهای نور منعکس شده از آن جسم هستند. در حالی که تمام طول موجهای دیگر جذب می شوند. رنگ، در این حالت، به طول موج های مختلف نور در طیف نور مرئی که توسط چشم ما درک می شوند، اشاره دارد. ترکیب فیزیکی و شیمیایی ماده تعیین می کند که چه طول موج (یا رنگی) منعکس شود.

این رفتار منعکس کننده نور توسط لیزرهای موجود در مدارگرد شناسایی قمری ناسا برای نقشه برداری از سطح ماه استفاده می شود. ابزار به کار رفته در مدارگرد زمان لازم برای ضربه زدن پالس لیزر به سطح و بازگشت آن اندازه گیری می کند. هرچه زمان پاسخ طولانی تر باشد، سطح از آن دورتر و ارتفاع آن پایین در نظر گرفته می شود. زمان پاسخ کوتاه تر به این معنی است که سطح از ارتفاع نزدیک تر یا بالاتری برخوردار است. در این تصویر از نیمکره جنوبی ماه، ارتفاع های کم به صورت بنفش و آبی، و ارتفاعات زیاد به رنگ قرمز و قهوه ای نشان داده شده است.

جذب

جذب وقتی اتفاق می افتد که فوتونهای نور به اتمها و مولکولها ماده برخورد کنند و باعث لرزش آنها شوند. هرچه مولکول های جسم حرکت و لرزش بیشتری داشته باشند، داغ تر می شود. سپس این گرما به عنوان انرژی حرارتی از جسم ساطع می شود.

بعضی از اشیاء، مانند اشیاء با رنگ تیره ، انرژی نوری بیشتری را نسبت به بقیه جذب می کنند. به عنوان مثال، آسفالت سیاه بیشترین انرژی قابل مشاهده و اشعه ماوراء بنفش را جذب می کند و مقدار بسیار اندکی از آن را بازتاب می دهد، در حالی که یک پیاده روهای بتونی با رنگ روشن بازتاب انرژی بیشتری را نسبت به جذب آن انجام می دهند. بنابراین، آسفالت سیاه در یک روز گرم تابستان داغتر از پیاده رو است. فوتونها در طی این فرآیند جذب می شوند و در طول راه مقدار زیادی از انرژی را به مولكول های دیگر می رسانند. این انرژی حرارتی سپس به صورت انرژی مادون قرمز با طول موج طولانی تر بازتابیده می شود.

تشعشع حرارتی ناشی از آسفالت و سقفهای جاذب نور در یک شهر می تواند دمای سطح آن را تا 10 درجه سانتیگراد بالاتر ببرد. تصویر ماهواره ای Landsat 7, شهر آتلانتا را به عنوان یک جزیره گرم در مقایسه با مناطق اطراف نشان می دهد. بعضی اوقات این گرم شدن هوا در بالای شهرها می تواند آب و هوا را تحت تأثیر قرار دهد، که به آن اثر “جزیره گرمای شهری” می گویند.

انکسار

به خم شدن و پخش شدن امواج در اطراف موانع انکسار یا پراش می گویند. هنگامی که یک موج نوری به یک جسم با اندازه قابل مقایسه با طول موج خود برخورد می کند، برجسته تر می شود. ابزاری به نام طیف سنج از پراش برای جدا کردن نور به طیف وسیعی از طول موج ها استفاده می کند. در مورد نور مرئی، جداسازی طول موج ها از طریق پراش منجر به رنگین کمان می شود.

انکسار زمانی اتفاق می افتند که امواج نور به محض عبور از یک رسانه به رسانه دیگر تغییر مسیر می دهند. نور کندتر از خلاء در هوا حرکت می کند و حتی در آب نیز کندتر هوا است. تغییر سرعت نور با رسیدن آن به یک محیط متفاوت باعث می شود تا در زاویه حرکتش تغییر ایجاد شود. در نتیجه چون طول موج های مختلف نور با سرعت های مختلف کند می شوند, همین امر باعث خم شدن آنها در زوایای مختلف می شود. 

یک طیف سنج از پراش نور (و واکنش های متعاقب آن) بااستفاده از شکافها یا توری برای جداسازی طول موج ها استفاده می کند. با این روش قله های ضعیف انرژی در طول موج های خاص می توانند شناسایی و ثبت شوند. نمودار این داده ها امضای طیفی نامیده می شوند. الگوهای موجود در یک امضای طیفی به دانشمندان کمک می کند تا وضعیت و ترکیب مواد ستاره ای و اجرام بین ستاره ای را تشخیص دهند.

نمودار زیر با داده های طیف سنج مادون قرمز SPIRE آژانس فضایی اروپا خطوط انتشار قوی از مونوکسید کربن (CO)، مونوکربن و نیتروژن یونیزه شده را در کهکشان M82 نشان می دهد.

پراکندگی

پراکندگی وقتی اتفاق می افتد که نور از جهات مختلفی از یک شیء پرتاب شود. میزان پراکندگی که اتفاق می افتد بستگی به طول موج نور و اندازه و ساختار جسم دارد.

به دلیل پراکندگی نور است که آسمان آبی به نظر می رسد. نور در طول موج های کوتاه تر – آبی و بنفش – با عبور از ازت و اکسیژن در جو پراکنده می شود. طول موج های طولانی تر نور یعنی قرمز و زرد از جو عبور می کنند و طول موج کوتاهتر، آسمان را با نوری از انتهای آبی و بنفش در طیف مرئی روشن می کنند. حتی اگر بنفش بیش از آبی پراکنده شود, آسمان باز هم برای ما آبی به نظر می رسد زیرا چشمان ما نسبت به نور آبی حساس تر هستند.

ذرات معلق در هوا همچنین می توانند نور را پراکنده کنند. ماهواره های Cloud-Aerosol Lidar و CALIPSO از ناسا می توانند از پراکندگی پالس های لیزری برای مشاهده منابعی مانند طوفان های گرد و غباری و آتش سوزی جنگل ها مشاهده کنند. تصویر زیر یک ابر خاکستری آتشفشانی را نشان می دهد که در اروپا از فوران آتشفشان ایافیاتلایوکوتل ایسلند در سال 2010 در حال چرخش است.

منبع: nasa


افزودن دیدگاه

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *