Mengurai Pesan Cahaya Agar Paham Semesta Bagi Pemula (Atom Hingga Laniakea)

cahaya paham semesta

Sejak awal waktu, cahaya telah menjadi sumber informasi utama kita tentang Semesta. Warnanya memberi tahu kita sifat dari fenomena yang memunculkannya. Bayangkan, yang terjadi di ujung jari kita seperti juga apa yang terjadi disana nun jauh… di tepi kosmos. Mari kembali sejenak dalami ringkasan cahaya agar Paham Semesta

So, Apa Itu Gelombang?

<img onload=
cahaya Gelombang

Cahaya dan semua variasi elektromagnetik – adalah fenomena getaran. Ini dipancarkan ketika partikel bermuatan listrik dipercepat. Tidak seperti gelombang mekanik, seperti suara, yang membutuhkan media, gelombang elektromagnetik dapat merambat dalam ruang hampa, selalu dengan kecepatan yang sama yaitu 299.792,5 km/d. Lebih tepatnya, gelombang ini terdiri dari dua medan, listrik dan magnet, yang berosilasi tegak lurus satu sama lain, dan juga tegak lurus terhadap arah rambat (di sini ke kanan). Hal ini ditandai dengan panjang – atau warna, dalam arti luas istilah -, yang semuanya lebih pendek karena frekuensi osilasi tinggi.

Pergeseran Frekuensi, Atau Pergeseran Merah

Coba perhatikan bahwa suara sirene yang mendekati Anda lebih tinggi nadanya daripada saat ia menjauh? Fenomena serupa terjadi dengan sumber cahaya yang bergerak. Ketika sebuah sumber mendekati kita, warna spektrumnya bergeser ke arah biru dibandingkan dengan apa yang akan kita lihat jika sumbernya tetap dibandingkan dengan kita. Dan jika ia menjauh, kita melihatnya lebih “merah” daripada yang sebenarnya. Ini disebut pergeseran merah, pergeseran merah dalam bahasa Inggris. Ini diperkuat oleh perluasan Alam Semesta, yang memperluas panjangnya. Pengukuran pergeseran inilah yang memberi tahu kita tentang jarak galaksi-galaksi yang jauh.

<img onload=
Spektrum emisi dan absorpsi, Grafik komputer: Bruno Borjuis

Benda langit memancar pada panjang gelombang yang berbeda. Cahaya dari sebuah bintang terurai, melalui sebuah prisma, menjadi panjang gelombang yang berbeda ini: spektrum ini kontinu. Di sisi lain, jika cahaya ini melintasi awan gas sebelum mencapai kita, atom gas menyerap panjang gelombang tertentu.

Spektrum Elektromagnetik

Spektrum elektromagnetik mencakup gelombang elektromagnetik dengan frekuensi mulai dari di bawah satu hertz hingga di atas 10 25 hertz, sesuai dengan panjang gelombang dari ribuan kilometer hingga ke terkecil misalnya ukuran inti atom. Rentang frekuensi ini dibagi menjadi pita yang terpisah, dan gelombang elektromagnetik dalam setiap pita frekuensi disebut dengan nama yang berbeda; dimulai pada frekuensi rendah (panjang gelombang panjang) akhir spektrum ini adalah: gelombang radio, gelombang mikro, inframerah, cahaya yang tampak oleh indera manusia, ultraviolet, sinar-X, dan sinar gamma pada frekuensi tinggi (panjang gelombang pendek).

<img onload=
Radiasi cahaya

Gelombang elektromagnetik di masing-masing pita ini memiliki karakteristik yang berbeda, seperti bagaimana mereka diproduksi, bagaimana mereka berinteraksi dengan materi, dan aplikasi praktisnya.

Tidak ada batasan yang diketahui untuk panjang gelombang panjang, sementara diperkirakan bahwa batas panjang gelombang pendek berada di sekitar panjang Planck. Ultraviolet ekstrim, sinar-X lunak, sinar-X keras dan sinar gamma diklasifikasikan sebagai radiasi pengion karena foton mereka memiliki energi yang cukup untuk mengionisasi atom, menyebabkan reaksi kimia. Paparan sinar ini bisa menjadi bahaya kesehatan, menyebabkan penyakit radiasi, kerusakan DNA dan kanker.

Radiasi panjang gelombang cahaya yang tampak oleh mata manusia dan lebih tinggi disebut radiasi nonionizing karena tidak dapat menyebabkan efek ini.

Pada sebagian besar pita frekuensi di atas, teknik yang disebut spektroskopi dapat digunakan untuk memisahkan gelombang secara fisik dari frekuensi yang berbeda, menghasilkan spektrum yang menunjukkan frekuensi penyusunnya. Spektroskopi digunakan untuk mempelajari interaksi gelombang elektromagnetik dengan materi. Penggunaan teknologi lainnya dijelaskan di bawah radiasi elektromagnetik .

Sejarah dan penemuan

Manusia selalu menyadari cahaya tampak oleh indera mata kita dan pancaran panas, tetapi untuk sebagian besar sejarah tidak diketahui bahwa fenomena ini terhubung atau merupakan perwakilan dari prinsip yang lebih luas.

Orang Yunani kuno mengakui bahwa cahaya merambat dalam garis lurus dan mempelajari beberapa sifat-sifatnya, termasuk pemantulan dan pembiasan.

Cahaya dipelajari secara intensif dari awal abad ke-17 yang mengarah pada penemuan instrumen penting seperti teleskop dan mikroskop. Isaac Newton adalah orang pertama yang menggunakan istilah spektrum untuk rentang warna yang dapat dibagi menjadi cahaya putih dengan aprisma . Mulai tahun 1666, Newton menunjukkan bahwa warna-warna ini intrinsik terhadap cahaya dan dapat digabungkan kembali menjadi cahaya putih. Sebuah perdebatan muncul mengenai apakah cahaya memiliki sifat gelombang atau sifat partikel dengan René Descartes , Robert Hooke dan Christiaan Huygens menyukai deskripsi gelombang dan Newton menyukai deskripsi partikel. Huygens khususnya memiliki teori yang berkembang dengan baik dari mana ia dapat memperoleh hukum pemantulan dan pembiasan. Sekitar tahun 1801, Thomas Young mengukur panjang gelombang berkas cahaya dengan eksperimen dua celahnya sehingga secara meyakinkan menunjukkan bahwa cahaya adalah gelombang.

Pada tahun 1800, William Herschel menemukan radiasi infra merah. Dia mempelajari suhu warna yang berbeda dengan menggerakkan termometer melalui cahaya yang dipisahkan oleh prisma. Dia memperhatikan bahwa suhu tertinggi melebihi merah. Dia berteori bahwa perubahan suhu ini disebabkan oleh “sinar kalori”, sejenis sinar cahaya yang tidak dapat dilihat.

Tahun berikutnya, Johann Ritter , bekerja di ujung lain spektrum, memperhatikan apa yang disebutnya “sinar kimia” (sinar cahaya tak terlihat yang menginduksi reaksi kimia tertentu). Ini berperilaku mirip dengan sinar cahaya ungu terlihat, tetapi berada di luar mereka dalam spektrum. Mereka kemudian berganti nama menjadi radiasi ultraviolet .

Studi tentang elektromagnetisme dimulai pada tahun 1820 ketika Hans Christian Oersted menemukan bahwa arus listrik menghasilkan medan magnet ( hukum Oersted ). Cahaya pertama kali dikaitkan dengan elektromagnetisme pada tahun 1845, ketika Michael Faraday memperhatikan bahwa polarisasi cahaya yang merambat melalui bahan transparan merespons medan magnet (lihat efek Faraday ). Selama tahun 1860-an, James Clerk Maxwell mengembangkan empat persamaan diferensial parsial ( persamaan Maxwell ) untuk medan elektromagnetik .. Dua dari persamaan ini memprediksi kemungkinan dan perilaku gelombang di lapangan. Menganalisis kecepatan gelombang teoretis ini, Maxwell menyadari bahwa mereka harus bergerak dengan kecepatan yang kira-kira sama dengan kecepatan cahaya yang diketahui . Nilai kebetulan yang mengejutkan ini membuat Maxwell membuat kesimpulan bahwa cahaya itu sendiri adalah jenis gelombang elektromagnetik. Persamaan Maxwell meramalkan rentang frekuensi gelombang elektromagnetik yang tak terbatas, semuanya bergerak dengan kecepatan cahaya. Ini adalah indikasi pertama dari keberadaan seluruh spektrum elektromagnetik .

Gelombang yang diprediksi Maxwell termasuk gelombang pada frekuensi yang sangat rendah dibandingkan dengan inframerah, yang secara teori dapat diciptakan oleh muatan berosilasi dalam rangkaian listrik biasa dari jenis tertentu.

Mencoba untuk membuktikan persamaan Maxwell dan mendeteksi radiasi elektromagnetik frekuensi rendah tersebut, pada tahun 1886, fisikawan Heinrich Hertz membangun sebuah peralatan untuk menghasilkan dan mendeteksi apa yang sekarang disebut gelombang radio. Hertz menemukan gelombang dan mampu menyimpulkan (dengan mengukur panjang gelombang dan mengalikannya dengan frekuensi) bahwa mereka bergerak dengan kecepatan cahaya. Hertz juga menunjukkan bahwa radiasi baru dapat dipantulkan dan dibiaskan oleh berbagai media dielektrik, dengan cara yang sama seperti cahaya. Misalnya, Hertz mampu memfokuskan gelombang menggunakan lensa yang terbuat dari resin pohon. Dalam percobaan selanjutnya, Hertz juga menghasilkan dan mengukur sifat-sifat gelombang mikro. Jenis gelombang baru ini membuka jalan bagi penemuan seperti telegraf nirkabel dan radio.

Pada tahun 1895, Wilhelm Röntgen melihat jenis baru radiasi yang dipancarkan selama percobaan dengan tabung dievakuasi dikenakan tegangan tinggi. Dia menyebut radiasi ini ” sinar-x ” dan menemukan bahwa mereka mampu melakukan perjalanan melalui bagian-bagian tubuh manusia tetapi dipantulkan atau dihentikan oleh materi yang lebih padat seperti tulang. Tak lama kemudian, banyak kegunaan ditemukan untuk radiografi.

Bagian terakhir dari spektrum elektromagnetik diisi dengan penemuan sinar gamma. Pada tahun 1900, Paul Villard sedang mempelajari emisi radioaktif radium ketika dia mengidentifikasi jenis radiasi baru yang pada awalnya dia pikir terdiri dari partikel yang mirip dengan partikel alfa dan beta yang diketahui, tetapi dengan kekuatan penetrasi yang jauh lebih besar daripada keduanya. Namun, pada tahun 1910, fisikawan Inggris William Henry Bragg menunjukkan bahwa sinar gamma adalah radiasi elektromagnetik, bukan partikel, dan pada tahun 1914, Ernest Rutherford (yang menamakannya sinar gamma pada tahun 1903 ketika ia menyadari bahwa mereka secara fundamental berbeda dari partikel alfa dan beta. ) dan Edward Andrade mengukur panjang gelombangnya, dan menemukan bahwa sinar gamma mirip dengan sinar-X, tetapi dengan panjang gelombang yang lebih pendek.

Perdebatan gelombang-partikel dihidupkan kembali pada tahun 1901 ketika Max Planck menemukan bahwa cahaya hanya diserap dalam ” kuanta ” diskrit, yang sekarang disebut foton, yang menyiratkan bahwa cahaya memiliki sifat partikel. Ide ini dibuat eksplisit oleh Albert Einstein pada tahun 1905, tetapi tidak pernah diterima oleh Planck dan banyak orang sezaman lainnya. Posisi modern sains adalah bahwa radiasi elektromagnetik memiliki sifat gelombang dan partikel, dualitas gelombang-partikel. Kontradiksi yang muncul dari posisi ini masih diperdebatkan oleh para ilmuwan dan filsuf.

Rentang Gelombang Elektromagnetik

Gelombang elektromagnetik biasanya dijelaskan oleh salah satu dari tiga sifat fisik berikut: frekuensi f , panjang gelombang , atau energi foton E . Frekuensi yang diamati dalam rentang astronomi dari2,4 × 10 23 Hz ( sinar gamma 1 GeV ) hingga frekuensi plasma lokal dari medium antarbintang yang terionisasi (~1 kHz).

Panjang gelombang berbanding terbalik dengan frekuensi gelombang, sehingga sinar gamma memiliki panjang gelombang yang sangat pendek yang merupakan pecahan dari ukuran atom, sedangkan panjang gelombang pada ujung spektrum yang berlawanan dapat panjangnya tidak terbatas. Energi foton berbanding lurus dengan frekuensi gelombang, sehingga foton sinar gamma memiliki energi tertinggi (sekitar satu miliar elektron volt ), sedangkan foton gelombang radio memiliki energi yang sangat rendah (sekitar femtoelektronvolt).


Setiap kali gelombang elektromagnetik ada dalam medium dengan materi , panjang gelombangnya berkurang. Panjang gelombang radiasi elektromagnetik, media apa pun yang dilaluinya, biasanya dinyatakan dalam panjang gelombang vakum , meskipun hal ini tidak selalu dinyatakan secara eksplisit.

Secara umum, radiasi elektromagnetik diklasifikasikan berdasarkan panjang gelombang menjadi gelombang radio , gelombang mikro , inframerah , cahaya tampak , ultraviolet , sinar-X dan sinar gamma . Perilaku radiasi EM tergantung pada panjang gelombangnya. Ketika radiasi EM berinteraksi dengan atom dan molekul tunggal, perilakunya juga tergantung pada jumlah energi per kuantum (foton) yang dibawanya.

Spektroskopi dapat mendeteksi wilayah spektrum EM yang jauh lebih luas daripada rentang panjang gelombang tampak 400 nm hingga 700 nm dalam ruang hampa. Spektroskop laboratorium umum dapat mendeteksi panjang gelombang dari 2 nm hingga 2500 nm. Informasi rinci tentang sifat fisik benda, gas, atau bahkan bintang dapat diperoleh dari perangkat jenis ini. Spektroskop banyak digunakan dalam astrofisika . Misalnya, banyak atom hidrogen memancarkan foton gelombang radio yang memiliki panjang gelombang 21,12 cm. Juga, frekuensi 30 Hz dan di bawahnya dapat dihasilkan oleh dan penting dalam studi nebula bintang tertentu dan frekuensi setinggi 2,9 × 10 27 Hz telah terdeteksi dari sumber astrofisika.

Jenis Radiasi

Gelombang Radio

Gelombang radio dipancarkan dan diterima oleh antena, yang terdiri dari konduktor seperti resonator batang logam . Dalam pembangkitan gelombang radio buatan, perangkat elektronik yang disebut pemancar menghasilkan arus listrik AC yang diterapkan ke antena. Elektron berosilasi di antena menghasilkan medan listrik dan magnet berosilasi yang memancar menjauh dari antena sebagai gelombang radio. Dalam penerimaan gelombang radio, medan listrik dan magnet berosilasi dari pasangan gelombang radio ke elektron di antena, mendorong mereka bolak-balik, menciptakan arus berosilasi yang diterapkan ke penerima radio. Atmosfer bumi sebagian besar transparan terhadap gelombang radio, kecuali lapisan partikel bermuatan di ionosfer yang dapat memantulkan frekuensi tertentu.

Gelombang radio sangat banyak digunakan untuk mengirimkan informasi melintasi jarak dalam sistem komunikasi radio seperti siaran radio, televisi, radio dua arah, telepon seluler, satelit komunikasi, dan jaringan nirkabel. Dalam sistem komunikasi radio, arus frekuensi radio dimodulasi dengan sinyal pembawa informasi di pemancar dengan memvariasikan amplitudo, frekuensi atau fase, dan diterapkan ke antena. Gelombang radio membawa informasi melintasi ruang ke penerima, di mana mereka diterima oleh antena dan informasi diekstraksi dengan demodulasidi penerima. Gelombang radio juga digunakan untuk navigasi dalam sistem seperti Global Positioning System (GPS) dan navigasi beacon , dan menemukan objek yang jauh di lokasi radio dan radar . Mereka juga digunakan untuk remote control, dan untuk pemanas industri.

Penggunaan spektrum radio diatur secara ketat oleh pemerintah, dikoordinasikan oleh International Telecommunication Union (ITU) yang mengalokasikan frekuensi ke pengguna yang berbeda untuk penggunaan yang berbeda.

Gelombang Mikro

Gelombang mikro adalah gelombang radio dengan panjang gelombang pendek, dari sekitar 10 sentimeter hingga satu milimeter, dalam pita frekuensi SHF dan EHF. Energi gelombang mikro dihasilkan dengan tabung klystron dan magnetron , dan dengan perangkat solid state seperti dioda Gunn dan IMPATT.

Meskipun dipancarkan dan diserap oleh antena pendek, mereka juga diserap oleh molekul polar, digabungkan ke mode getaran dan rotasi, menghasilkan pemanasan massal. Tidak seperti gelombang frekuensi yang lebih tinggi seperti inframerah dan cahaya yang diserap terutama di permukaan, gelombang mikro dapat menembus ke dalam bahan dan menyimpan energinya di bawah permukaan.

Efek ini digunakan untuk memanaskan makanan dalam oven microwave, dan untuk pemanasan industri dan diatermi medis. Gelombang mikro adalah panjang gelombang utama yang digunakan dalam radar, dan digunakan untuk komunikasi satelit, dan teknologi jaringan nirkabel seperti Wi-Fi. Kabel tembaga ( saluran transmisi ) yang digunakan untuk membawa gelombang radio frekuensi rendah ke antena memiliki kerugian daya yang berlebihan pada frekuensi gelombang mikro, dan pipa logam yang disebut pemandu gelombang digunakan untuk membawa mereka. Meskipun di ujung bawah pita atmosfer sebagian besar transparan, di ujung atas pita penyerapan gelombang mikro oleh gas atmosfer membatasi jarak propagasi praktis hingga beberapa kilometer.

Radiasi Terahertz atau radiasi sub-milimeter adalah wilayah spektrum dari sekitar 100 GHz hingga 30 terahertz (THz) antara gelombang mikro dan inframerah jauh yang dapat dianggap sebagai milik salah satu pita. Sampai saat ini, jangkauannya jarang dipelajari dan hanya ada sedikit sumber energi gelombang mikro yang disebut celah terahertz, tetapi aplikasi seperti pencitraan dan komunikasi kini muncul. Para ilmuwan juga mencari untuk menerapkan teknologi terahertz di angkatan bersenjata, di mana gelombang frekuensi tinggi mungkin diarahkan pada pasukan musuh untuk melumpuhkan peralatan elektronik. Radiasi Terahertz sangat diserap oleh gas atmosfer, membuat rentang frekuensi ini tidak berguna untuk komunikasi jarak jauh.

Radiasi Inframerah

Bagian inframerah dari spektrum elektromagnetik mencakup kisaran dari sekitar 300 GHz hingga 400 THz (1 mm – 750 nm). Ini dapat dibagi menjadi tiga bagian:

Inframerah jauh , dari 300 GHz hingga 30 THz (1 mm – 10 m). Bagian bawah kisaran ini juga dapat disebut gelombang mikro atau gelombang terahertz. Radiasi ini biasanya diserap oleh apa yang disebut mode rotasi dalam molekul fase gas, oleh gerakan molekul dalam cairan, dan oleh fonon dalam padatan. Air di atmosfer Bumi menyerap begitu kuat dalam kisaran ini sehingga membuat atmosfer menjadi buram. Namun, ada rentang panjang gelombang tertentu (“jendela”) dalam rentang buram yang memungkinkan transmisi parsial, dan dapat digunakan untuk astronomi. Rentang panjang gelombang dari sekitar 200 m hingga beberapa mm sering disebut sebagai astronomi Submilimeter , yang menggunakan inframerah jauh untuk panjang gelombang di bawah 200 m.

Inframerah tengah , dari 30 hingga 120 THz (10–2,5 m). Benda panas (radiator benda hitam ) dapat memancar kuat dalam kisaran ini, dan kulit manusia pada suhu tubuh normal memancar kuat di ujung bawah wilayah ini. Radiasi ini diserap oleh getaran molekul, di mana atom yang berbeda dalam molekul bergetar di sekitar posisi kesetimbangannya. Rentang ini kadang-kadang disebut daerah sidik jari , karena spektrum serapan inframerah-tengah suatu senyawa sangat spesifik untuk senyawa itu.

Inframerah dekat , dari 120 hingga 400 THz (2.500–750 nm). Proses fisik yang relevan untuk rentang ini mirip dengan proses untuk cahaya tampak. Frekuensi tertinggi di wilayah ini dapat dideteksi secara langsung oleh beberapa jenis film fotografi, dan oleh banyak jenis sensor gambar solid state untuk fotografi inframerah dan videografi.

Cahaya Tampak

Di atas inframerah dalam frekuensi cahaya tampak. Matahari memancarkan daya puncaknya di wilayah yang terlihat, meskipun mengintegrasikan seluruh spektrum daya emisi melalui semua panjang gelombang menunjukkan bahwa Matahari memancarkan sedikit lebih banyak inframerah daripada cahaya tampak.

Secara definisi, cahaya tampak adalah bagian dari spektrum EM yang paling sensitif bagi mata manusia. Cahaya tampak (dan cahaya inframerah-dekat) biasanya diserap dan dipancarkan oleh elektron dalam molekul dan atom yang berpindah dari satu tingkat energi ke tingkat energi lainnya. Tindakan ini memungkinkan mekanisme kimia yang mendasari penglihatan manusia dan fotosintesis tanaman. Cahaya yang memungkinkan sistem visual manusia adalah bagian yang sangat kecil dari spektrum elektromagnetik. Apelangi menunjukkan bagian optik (terlihat) dari spektrum elektromagnetik; inframerah (jika bisa dilihat) akan ditempatkan tepat di luar sisi merah pelangi sementara ultraviolet akan muncul tepat di luar ujung ungu yang berlawanan.

Radiasi elektromagnetik dengan panjang gelombang antara 380 nm dan 760 nm (400–790 terahertz) dideteksi oleh mata manusia dan dianggap sebagai cahaya tampak. Panjang gelombang lain, terutama inframerah dekat (lebih panjang dari 760 nm) dan ultraviolet (lebih pendek dari 380 nm) juga kadang-kadang disebut sebagai cahaya, terutama ketika visibilitas ke manusia tidak relevan. Cahaya putih adalah kombinasi cahaya dari panjang gelombang yang berbeda dalam spektrum yang terlihat. Melewati cahaya putih melalui prisma membaginya menjadi beberapa warna cahaya yang diamati dalam spektrum tampak antara 400 nm dan 780 nm.

Jika radiasi memiliki frekuensi di wilayah spektrum EM yang terlihat memantul dari suatu objek, katakanlah, secangkir kopi, dan kemudian mengenai mata, ini menghasilkan persepsi visual dari pemandangan. Sistem visual otak memproses banyak frekuensi yang dipantulkan menjadi warna dan corak yang berbeda, dan melalui fenomena psikofisik, kebanyakan orang merasakan secangkir kopi.

Namun, pada sebagian besar panjang gelombang, informasi yang dibawa oleh radiasi elektromagnetik tidak secara langsung dideteksi oleh indera manusia. Sumber alami menghasilkan radiasi EM di seluruh spektrum, dan teknologi juga dapat memanipulasi rentang panjang gelombang yang luas. Serat optik mentransmisikan cahaya yang, meskipun tidak harus di bagian spektrum yang terlihat (biasanya inframerah), dapat membawa informasi. Modulasi ini mirip dengan yang digunakan dengan gelombang radio.

Radiasi Ultraviolet

UV adalah radiasi panjang gelombang terpanjang yang foton cukup energik untuk mengionisasi atom, memisahkan elektron dari mereka, dan dengan demikian menyebabkan reaksi kimia. UV dengan panjang gelombang pendek dan radiasi dengan panjang gelombang yang lebih pendek di atasnya (sinar-X dan sinar gamma) disebut radiasi pengion, dan paparannya dapat merusak jaringan hidup, atau membahyakan kesehatan. UV juga dapat menyebabkan banyak zat bersinar dengan cahaya tampak; ini disebut fluoresensi .

Pada kisaran tengah UV, sinar UV tidak dapat terionisasi tetapi dapat memutuskan ikatan kimia, membuat molekul menjadi sangat reaktif. Kulit terbakar , misalnya, disebabkan oleh efek mengganggu radiasi UV kisaran menengah pada sel- sel kulit, yang merupakan penyebab utama kanker kulit . Sinar UV dalam kisaran menengah dapat merusak molekul DNA kompleks yang tidak dapat diperbaiki dalam sel yang memproduksi dimer timin, menjadikannya mutagen yang sangat kuat .

Matahari memancarkan radiasi UV yang signifikan (sekitar 10% dari total kekuatannya), termasuk UV dengan panjang gelombang sangat pendek yang berpotensi menghancurkan sebagian besar kehidupan di darat (air laut akan memberikan perlindungan bagi kehidupan di sana). Namun, sebagian besar panjang gelombang UV matahari yang merusak diserap oleh atmosfer sebelum mencapai permukaan. Rentang energi yang lebih tinggi (panjang gelombang terpendek) dari UV (disebut “UV vakum”) diserap oleh nitrogen dan, pada panjang gelombang yang lebih panjang, oleh oksigen diatomik sederhana di udara.

Sebagian besar UV di kisaran energi menengah diblokir oleh lapisan ozon, yang menyerap kuat dalam kisaran 200–315 nm yang penting, bagian energi yang lebih rendah terlalu panjang untuk dioksigen biasa.di udara untuk menyerap. Ini menyisakan kurang dari 3% sinar matahari di permukaan laut dalam bentuk UV, dengan semua sisanya pada energi yang lebih rendah. Sisanya adalah UV-A, bersama dengan beberapa UV-B. Rentang energi UV yang paling rendah antara 315 nm dan cahaya tampak (disebut UV-A) tidak terhalang dengan baik oleh atmosfer, tetapi tidak menyebabkan kulit terbakar matahari dan tidak merusak biologis. Walupun demikiantidak berbahaya, ia menciptakan radikal oksigen, mutasi dan kerusakan kulit.

Rontgen

Setelah UV, ada sinar-X , yang, seperti rentang atas UV juga mengionisasi. Namun, karena energinya yang lebih tinggi, sinar-X juga dapat berinteraksi dengan materi melalui efek Compton. Sinar-X keras memiliki panjang gelombang yang lebih pendek daripada sinar-X lunak dan karena mereka dapat melewati banyak zat dengan sedikit penyerapan, mereka dapat digunakan untuk ‘melihat menembus’ objek dengan ‘ketebalan’ kurang dari yang setara dengan beberapa meter air.

Salah satu kegunaan penting adalah pencitraan sinar-X diagnostik dalam kedokteran (proses yang dikenal sebagai radiografi). Sinar-X berguna sebagai probe dalam fisika energi tinggi. Dalam astronomi, piringan akresi di sekitar bintang neutron dan lubang hitam memancarkan sinar-X, memungkinkan studi tentang fenomena ini. Sinar-X juga dipancarkan olehkorona bintang dan dipancarkan dengan kuat oleh beberapa jenis nebula. Namun, teleskop sinar-X harus ditempatkan di luar atmosfer bumi untuk melihat sinar-X astronomis, karena kedalaman atmosfer Bumi yang besar tidak tembus sinar-X (dengan kerapatan areal 1000 g/cm 2), setara dengan 10 meter ketebalan air. Ini adalah jumlah yang cukup untuk memblokir hampir semua sinar-X astronomi.

Sinar gamma

Sinar gamma ditemukan oleh Paul Ulrich Villard pada tahun 1900. Ini adalah foton paling energik, tidak memiliki batas bawah yang ditentukan untuk panjang gelombangnya. Dalam astronomi mereka sangat penting untuk mempelajari objek atau wilayah berenergi tinggi, namun seperti halnya sinar-X, ini hanya dapat dilakukan dengan teleskop di luar atmosfer bumi.

Sinar gamma digunakan secara eksperimental oleh fisikawan karena kemampuan penetrasinya dan diproduksi oleh sejumlah radioisotop. Mereka digunakan untuk penyinaran makanan dan biji-bijian untuk sterilisasi, dan dalam pengobatan kadang-kadang digunakan dalam terapi radiasi kanker.

Lebih umum, sinar gamma digunakan untuk pencitraan diagnostik dalam kedokteran nuklir , contohnya adalah pemindaian PET. Panjang gelombang sinar gamma dapat diukur dengan akurasi tinggi melalui efek hamburan Compton.

This website uses cookies to improve your experience. We'll assume you're ok with this, but you can opt-out if you wish. Accept Read More