In fizica si astronomie, radiatia reprezinta energia care este emisa de o sursa ce se propaga prin spatiu, cat si prin unele tipuri de materie. Radiatia electromegnetica este energie pura si ea include atat lumina, cat si razele x si radiatia infrarosie. Radiatia de particule consta in particule cu sarcina electrica care se misca cu viteza mare ca razele cosmice si particulele emise in dezintegrarea radioactiva. Radiatia electromagnetica este foarte importanta in astronomie si ajuta foarte mult intelegerea acesteia ca stiinta.
Radiatia electromagnetica
Energia sub forma radiatiei electromagnetice este una dintre principalele doua componente ale Universului, cealata fiind materia, pe care am explicat-o in cadrul altor articole. Acest tip de radiatie este produs de miscarea particulelor, cu o sarcina electrica precum electronii. O sarcina electrica in miscare creeaza un camp magnetic. In cazul in care miscarea este constanta, atunci campul magnetic variaza si produce la randul lui un camp electric. In momentul in care interactioneaza, cele doua campuri se sustin reciproc si se misca prin spatiu, ajungand la un transfer de energie. Pe langa lumina vizibila, radiatia electromagnetica include undele radio, microundele, radiatia infrarosie, deci cea de caldura, radiatia ultraviolet, razele x si razele gama. Toate acestea calatoresc prin spatiu cu aceeasi viteza, care este cunoscuta de noi ca fiind viteza luminii. Aceasta viteza este de aproape 300.000 de km pe secunda sau un miliard de kilometri pe ora.
Comportamentul de unda
De regula, radiatia electromagnetica se comporta asemeni unei unde, ea fiind o perturbarea care misca energia si are proprietati ca lungimea de unda (aceasta este distanta dintre doua varfuri sau puncte maxime succesive ale undei) si frecventa (aceasta reprezinta numarul de unde care trec printr-un punct anume, la fiecare secunda). Aceasta caracteristica de unda este demonstrata de testul cu doua fante in care undele se difracta, dupa ce trec printr-o fanta si interfereaza cand varfurile si bazele lor se suprapun. Formele de radiatie electromagnetica se deosebesc numai prin lungimea de unda, dar aceasta afecteaza alte proprietati, precum puterea de penetrare si capacitatea de a ioniza atomii.
Comportament de particula
Radiatia electromagnetica se comporta in special ca o unda, dar putem considera si ca este formata din mici pachete sau din „cuante” de energie numite fotoni. Acestia nu au masa dar transporta o cantitate fixa de energie. Energia dintr-un foton depinde de lungimea lui de unda, astfel incat cu cat ea este mai scurta cu atat fotonul are energie mai mare. Fotonii luminii albastre (cei cu ungime de unda mica) au mai multa energie decat fotonii luminii rosii (cei cu lungime de unda mare). O demonstratie clasica este oferita de fenomenul numit efectul fotoelectric. Daca o lumina albastra cade pe o suprafata metalica ea provoaca eliberarea de electroni din metal, dar o lumina rosie stralucitoare nu are acest efect.
Experimentul cu doua fante se rezuma la: daca luminam un carton cu doua fante, undele de lumina se imprastie datorita difractiei ca niste valuri care se propaga sub forma de arcuri. Cele doua trenuri (numite si grupuri) de unde interfereaza apoi, producand o succesiune de zona luminoasa si intunecata. Lumina rosie se explica in momentul in care aceasta cade pe o suprafata de metal si nu sunt emisi electroni, chiar daca lumina este foarte stralucitoare. Lumina albstrasta se explica in cazul in care ea cade pe aceeasi suprafata si provoaca emiterea de electroni pentru ca fotonii ei au mai multa energie. Lumina ultraviolet care cade pe suprafata de metal provoaca eliberarea de electroni la energie foarte mare.
Analiza luminii
Radiatia emisa de obiectele cosmice este un amestec de lungimi de unda. Cand trece printr-o prisma, lumina se descompune in lungimile de unda, componenta formand o succesiune de culori numita spectru. Spectrul unei stele contine de obicei lumini de culoare inchisa, numite linii de absorbtie, iar acestea sunt provocate de absorbtia fotonilor la lungimi de unda de catre atomii din atmosfera stelei. Acestea pot fi folosite pentru a stabili ce elemente chimice sunt prezente intr-un obiect cosmic. Spectrul unei nebuloase poate dezvalui de asemenea compozitia ei chimica. Cand sunt incalziti de radiatia emisa de o stea din apropiere, atomii nebuloasei emit lumina proprie. Spectrul care rezulta, acesta fiind numit spectru de emisie este format dintr-o serie de linii viu colorate, caracteristice unor elemente diferite.
Spectrul continuu reprezinta un gaz dens si fierbinte, de exemplu gazul care formeaza o stea si produce un spectru de lumina continuu de la suprafata ei in care sunt reprezentate toate lungimile de unda si culorile. Spectrul cu linia de emisie este un gaz care a fost incalzit de energie emisa de o stea din apropiere reemite la randul lui radiatia la lungimi de unda specifice. Vazuta oblic, aceasta produce un spectru cu linie de emisie. Spectrul cu linie de absorbtie este cel care se formeaza in momentul in care o stea este vazuta printr-un gaz mai rece, iar in spectru apar linii de culoare inchisa. Acestea sunt provocate de atomii din gaz care absorb energie cu lungimi de unda specifice. Radiatia emisa de obiectele fierbinti se rezuma nu numai la faptul ca raditia totala este mai mare, insa cu cat obiectele sunt mai fierbinti, lungimea de unda a intensitatii maxime este mai mica (catre capatul albastru al spectrului luminii). Astronomii pot calcula temperatura stelelor masurand varful spectrului stelei.
Spectrul radiatiei perceput de un observator se deplaseaza daca sursa radiatiei se misca in raport cu observatorul si obiectele cosmice sunt in continua miscare. Astronomii pot detecta deplasarile masurand pozitia liniilor spectrale care apar in zone caracteristice. Observatorii care urmaresc un obiect ce se indeparteaza, constata ca liniile lui spectrale s-au deplssat catre lungimi de unda mai mari (deplasare catre rosu). La un obiect care se apropie liniile spectrale se deplaseaza spre lungimi de unda mai mici (deplasare catre albastru). Cu cat viteza relativa dintre sursa si observator este mai mare, cu atat deplasarea este mai mare. Galaxiile indepartate prezinta deplasari spre rosu considerabile, deci se indeparteaza cu viteze uriase numite deplasari cosmologice catre rosu.
Fizicianul francez Louis de Broglie (1892 – 1987) a primit premiul Nobel pentru fizica in 1929. El a descoperit ca particulele de materie precum electronul au proprietati de unda. Natura duala a materiei si a luminii (au atat proprietati de particule cat si de unda), se numeste dualitatea unda – particul. Lungimile de unda care se deplaseaza, apar din cauza efectului doppler. Fronturile de unda ale luminii emise de un obiect care se indeparteaza se intind odata cu cresterea lungimii de unda, iar cele ale luminii emise de un obiect care se apropie se comprima.
