2.14: Дослідження простору електромагнітним спектром

Last updated
Save as PDF

Page ID: 56236

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Як вчені дізнаються про космос?

Багато вчених можуть торкнутися вивчених ними матеріалів. Більшість може робити експерименти, щоб перевірити ці матеріали. Біологи можуть збирати клітини, насіння або морських їжаків для дослідження в лабораторії. Фізики можуть перевірити міцність металу або розбити атоми один в одного. Геологи можуть відколюватися від гірських порід і випробувати їх хімію. Що можуть використовувати астрономи для вивчення космосу? Світло та інші електромагнітні хвилі, звичайно. Це Галактика Андромеди, як вона з'явилася 2,5 мільйона років тому. Чому світло такий старий?

Електромагнітний спектр

Земля - це лише крихітна плямочка у Всесвіті. Наша планета оточена великою кількістю простору. Світло подорожує по порожньому простору. Світло - видима частина електромагнітного спектра. Астрономи використовують світло та іншу енергію, яка приходить до нас для збору інформації про Всесвіт.

Швидкість світла

У космосі світло рухається зі швидкістю близько 300 000 000 метрів в секунду (670 000 000 миль на годину). Наскільки це швидко? Промінь світла може подорожувати з Нью-Йорка до Лос-Анджелеса і назад майже 40 разів лише за одну секунду. Навіть при такій дивовижній швидкості об'єкти в космосі знаходяться настільки далеко, що для їх світла потрібно багато часу, щоб дістатися до нас. Навіть світло від найближчої зірки, нашого сонця, займає близько восьми хвилин, щоб досягти Землі.

Світлові роки

Нам потрібна дійсно велика одиниця виміру відстаней у просторі, тому що відстані між зірками такі великі. Світловий рік, 9,5 трлн кілометрів (5,9 трильйона миль), - це відстань, яку світло проходить за один рік. Це довгий шлях! Однак у космосі це насправді досить коротка відстань.

Проксима Центавра - найближча до нас зірка після Сонця. Цей ближній сусід знаходиться на відстані 4,22 світлових років. Це означає, що світло від Проксими Центавра займає 4,22 роки, щоб дістатися до нас. Наша галактика, Галактика Чумацького Шляху, становить близько 100 000 світлових років. Тож потрібно світло 100 000 років, щоб подорожувати з одного боку галактики до іншої! Виявляється, навіть 100 000 світлових років - це невелика відстань. Найвіддаленіші галактики, які ми виявили, знаходяться на відстані понад 13 мільярдів світлових років. Це понад сто мільярдів трильйонів кілометрів!

Озираючись назад у часі

Коли ми дивимося на зірки і галактики, ми бачимо на великих відстанях. Що ще важливіше, ми також бачимо назад у часі. Коли ми бачимо далеку галактику, ми насправді бачимо, як виглядала галактика. Наприклад, Галактика Whirlpool знаходиться приблизно в 23 мільйоні світлових років від Землі (рисунок нижче). Коли ви бачите зображення галактики, що ви бачите? Ви бачите галактику такою, якою вона була 23 мільйони років тому!

Зображення галактики Вир

Галактика Whirlpool, як це виглядало 23 мільйони років тому.

Оскільки вчені можуть озирнутися назад у часі, вони можуть краще зрозуміти історію Всесвіту.

Електромагнітні хвилі

Світло - це один з видів електромагнітного випромінювання. Світло - це енергія, яка рухається у вигляді електромагнітної хвилі. На фото нижче представлена схема електромагнітної хвилі (рисунок нижче). Електромагнітна (ЕМ) хвиля має дві частини: електричне поле і магнітне поле. Електричне і магнітне поля коливаються вгору і вниз, що робить хвилю.

Електромагнітна хвиля має коливальні електричні та магнітні поля.

Довжина хвилі - це горизонтальна відстань між двома однаковими точками на хвилі, як гребінь хвилі до гребеня хвилі. Частота хвилі вимірює кількість довжин хвиль, які проходять задану точку щосекунди. Зі збільшенням довжини хвилі частота зменшується. Це означає, що коли довжини хвиль стають коротшими, більше хвиль рухається повз певного місця за ту ж кількість часу.

Електромагнітний спектр

Видиме світло - це частина електромагнітного спектра (рисунок нижче), яку можуть бачити люди. Видиме світло включає в себе всі кольори веселки. Кожен колір визначається своєю довжиною хвилі. Видиме світло коливається від фіолетових довжин хвиль 400 нанометрів (нм) до червоного при 700 нм.

Видиме світло - це лише мала частина електромагнітного спектра. Є частини електромагнітного спектра, які люди не можуть бачити. Це випромінювання існує навколо вас. Ви просто не бачите цього! Кожна зірка, включаючи наше Сонце, випромінює випромінювання багатьох довжин хвиль. Астрономи можуть багато чому навчитися, вивчаючи деталі спектра випромінювання від зірки.

Електромагнітний спектр

Електромагнітний спектр від радіохвиль до гамма-променів.

Багато надзвичайно цікавих об'єктів неможливо побачити неозброєним оком. Астрономи використовують телескопи, щоб побачити об'єкти на довжині хвиль по всьому електромагнітному спектру. Деякі дуже гарячі зірки випромінюють світло насамперед на ультрафіолетових довжині хвиль. Є вкрай гарячі предмети, які випромінюють рентгенівські промені і навіть гамма-промені. Деякі дуже прохолодні зірки світять здебільшого в довжині хвиль інфрачервоного світла. Радіохвилі надходять від найслабших, найвіддаленіших об'єктів.

Резюме

Електромагнітне випромінювання - це енергія, що передається у вигляді хвиль з різною довжиною хвиль. Це і становить електромагнітний спектр.
Світло подорожує дуже швидко, але все одно займає багато часу, щоб дістатися до космосу. Світловий рік - це відстань світла, яке може подорожувати за один рік.
Від найдовших довжин хвиль до найкоротших довжин хвиль електромагнітний спектр: радіохвилі, мікрохвильові хвилі, інфрачервоний, видиме світло, ультрафіолет, рентгенівські промені та гамма-промені.

Рецензія

Чому астрономи використовують світлові роки як міру відстані?
В електромагнітному спектрі які довжини хвиль коротші за видиме світло? Які довше видимого світла? Які відносно прохолодніші? Які відносно гарячіші?
Чому світло, яке ми бачимо сьогодні, розповідає нам щось про те, що сталося раніше в історії Всесвіту?

Дізнатися більше

Використовуйте ресурс нижче, щоб відповісти на наступні питання.

Що таке електромагнітний спектр?
Який тип хвиль має найкоротші довжини хвиль?
Який тип хвиль має найдовші довжини хвиль?
Що передають електромагнітні хвилі?
Визначте довжину хвилі.
Визначте частоту.
Який тип хвиль має найнижчу частоту?
Що таке область видимого світла?
Як виробляється колір?
Для чого вчені використовують електромагнітний спектр?