Elektromagnetisches Spektrum
Einführung
Der gesamte Bereich der elektromagnetischen Wellen wird als elektromagnetisches Spektrum bezeichnet. Es umfasst elektromagnetische Energie, die von Gammastrahlen bis zu Radiowellen reicht.
Regionen des elektromagnetischen Spektrums
Das elektromagnetische Spektrum wird grob in verschiedene Kategorien eingeteilt, die sich nach der Wellenlänge und den Eigenschaften der Energie richten. Bezeichnungen wie „Mikrowellen“ oder „Infrarot“ wurden der Einfachheit halber entwickelt, um elektromagnetische Strahlung mit ähnlichen Eigenschaften zu beschreiben, aber es gibt keine endgültigen Trennlinien zwischen den einzelnen Spektralbereichen. Der einzige Bereich des elektromagnetischen Spektrums, der bei der Definition der Wellenlängen relativ einheitlich ist, ist das sichtbare Spektrum, da es direkt den Wellenlängen entspricht, für die das menschliche Auge empfindlich ist. Das sichtbare Spektrum ist ein kleines Fenster des gesamten elektromagnetischen Spektrums.
Gammastrahlen (Wellenlänge < 10-12 Meter)
Gammastrahlen haben die kürzesten Wellenlängen (< 0,01 Nanometer) und die größte Energie aller Bereiche des elektromagnetischen Spektrums. Gammastrahlen werden von den heißesten Objekten im Universum erzeugt, darunter Neutronensterne, Pulsare und Supernovaexplosionen. Gammastrahlen können auch durch Kernexplosionen erzeugt werden. Die meisten im Weltraum erzeugten Gammastrahlen werden von der Erdatmosphäre blockiert. Das ist auch gut so, denn Gammastrahlen sind biologisch gefährlich.
X-Strahlen (Wellenlänge 10-8 bis 10-12 Meter)
X-Strahlen haben eine Wellenlänge von 0,01 bis 10 nm und werden hauptsächlich durch überhitztes Gas von explodierenden Sternen und Quasaren erzeugt. Röntgenstrahlen können viele verschiedene Arten von Materialien durchdringen. Röntgenstrahlen werden häufig für die medizinische Bildgebung und für die Inspektion von Fracht und Gepäck verwendet. Ähnlich wie bei Gammastrahlen blockiert die Erdatmosphäre Röntgenstrahlung.
Ultraviolett (UV) (Wellenlänge 10-7 – 10-8 Meter)
Ultraviolettes (UV) Licht hat eine Wellenlänge von etwa 1 – 380 nm. Die Sonne ist eine Quelle für ultraviolette Energie. Der UV-Teil des Spektrums wird in UV-A, UV-B und UV-C unterteilt. UV-C-Strahlen sind die schädlichsten und werden fast vollständig von unserer Atmosphäre absorbiert. UV-B-Strahlen sind die schädlichen Strahlen, die Sonnenbrände verursachen. Obwohl UV-Wellen für das menschliche Auge unsichtbar sind, können einige Insekten, z. B. Hummeln, sie sehen.
Sichtbar (Wellenlänge ~ 10-7 Meter)
Sichtbares Licht umfasst den Wellenlängenbereich von 400 – 750 nm oder 0,4 bis 0,75 Mikrometern. Dies ist der einzige Bereich im Spektrum, für den die menschlichen Augen empfindlich sind. Die Sonne sendet die meiste Strahlung im sichtbaren Teil des Spektrums aus. Jede einzelne Wellenlänge innerhalb des Spektrums sichtbarer Lichtwellenlängen steht für eine bestimmte Farbe. Licht am unteren Ende des sichtbaren Spektrums mit einer längeren Wellenlänge, etwa 750 nm, wird als Rot wahrgenommen, Licht in der Mitte des Spektrums als Grün und Licht am oberen Ende des Spektrums mit einer Wellenlänge von etwa 380 nm als Violett. Wenn alle Wellenlängen des sichtbaren Lichtspektrums gleichzeitig auf Ihr Auge treffen, wird die Farbe Weiß wahrgenommen. Der sichtbare Teil des Spektrums wird häufig in der Fernerkundung verwendet und ist die Energie, die mit Hilfe der Fotografie aufgezeichnet wird.
Infrarot (Wellenlänge ~ 10-6 bis 10-3 Meter)
Der infrarote Teil des Spektrums reicht von etwa 0,75 µm bis 100 µm (750 nm – 10.000 nm) Wellenlänge. Es wird in drei Hauptbereiche unterteilt: Nahes Infrarot (NIR): 0,7 – 1,3 µm, kurzwelliges Infrarot (SWIR): von 1,3 – 3 µm und das ferne oder thermische Infrarot von 3 – 100 µm. Infrarotstrahlung wird in der Fernerkundung in großem Umfang genutzt. Objekte reflektieren, transmittieren und absorbieren die Nahinfrarot- und die kurzwellige Strahlung der Sonne auf einzigartige Weise, was zur Beobachtung des Zustands der Vegetation, der Bodenzusammensetzung und des Feuchtigkeitsgehalts genutzt werden kann. Der Bereich von 8 bis 15 µm wird als thermisches Infrarot bezeichnet, da sich diese Wellenlängen am besten für die Untersuchung der langwelligen thermischen Energie eignen, die von der Erde abgestrahlt wird.
Mikrowellen (Wellenlänge ~ 10-3 bis 10-1 Meter)
Mikrowellen sind im Wesentlichen hochfrequente Radiowellen und haben Wellenlängen zwischen 1 mm und 1 m. Verschiedene Wellenlängen oder Bänder von Mikrowellen werden für unterschiedliche Anwendungen verwendet. Mikrowellen mittlerer Wellenlänge können Dunst, leichten Regen und Schnee, Wolken und Rauch durchdringen und sind für die Satellitenkommunikation und die Erforschung der Erde aus dem Weltraum nützlich. Die Radartechnologie sendet Impulse von Mikrowellenenergie und nimmt die zurückgeworfene Energie auf.
Funkwellen ((Wellenlänge >10-1 Meter)
Funkwellen haben die längste Wellenlänge im elektromagnetischen Spektrum mit Wellenlängen von etwa 1 mm bis zu mehreren hundert Metern. Radiowellen werden für die Übertragung einer Vielzahl von Daten verwendet. Drahtlose Netzwerke, Fernsehen und Amateurfunk nutzen alle Funkwellen. Die Nutzung von Funkfrequenzen wird in der Regel von den Regierungen geregelt.
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