Phổ điện từ mô tả tất cả các bước sóng của ánh sáng, cả nhìn thấy và không nhìn thấy.
Phổ màu qua Shutterstock.
Khi bạn nghĩ về ánh sáng, bạn có thể nghĩ về những gì mắt bạn có thể nhìn thấy. Nhưng ánh sáng mà mắt chúng ta nhạy cảm chỉ là khởi đầu; nó là một phần nhỏ của tổng lượng ánh sáng bao quanh chúng ta. Các phổ điện từ là thuật ngữ được các nhà khoa học sử dụng để mô tả toàn bộ phạm vi ánh sáng tồn tại. Từ sóng vô tuyến đến tia gamma, trên thực tế, hầu hết ánh sáng trong vũ trụ là vô hình đối với chúng ta!
Ánh sáng là một làn sóng xen kẽ điện trường và từ trường. Sự lan truyền của ánh sáng không khác nhiều so với sóng vượt đại dương. Giống như bất kỳ sóng nào khác, ánh sáng có một vài tính chất cơ bản mô tả nó. Một là tần số, được đo bằng hertz (Hz), tính số lượng sóng truyền qua một điểm trong một giây. Một tài sản khác có liên quan chặt chẽ là bước sóng: khoảng cách từ đỉnh của một sóng đến đỉnh của sóng kế tiếp. Hai thuộc tính này có liên quan nghịch đảo. Tần số càng lớn, bước sóng càng nhỏ - và ngược lại.
Bạn có thể nhớ thứ tự của các màu trong quang phổ nhìn thấy được với ROY G BV thường thức. Hình ảnh thông qua Đại học Tennessee.
Sóng điện từ mà mắt bạn phát hiện - Ánh sáng nhìn thấy được - dao động trong khoảng từ 400 đến 790 terahertz (THz). Rằng vài trăm nghìn tỷ lần một giây. Các bước sóng có kích thước gần bằng một con virus lớn: 390 - 750 nanomet (1 nanomet = 1 phần tỷ mét; một mét dài khoảng 39 inch). Bộ não của chúng ta diễn giải các bước sóng ánh sáng khác nhau như những màu sắc khác nhau. Màu đỏ có bước sóng dài nhất và màu tím ngắn nhất. Khi chúng ta truyền ánh sáng mặt trời qua một lăng kính, chúng ta thấy rằng nó thực sự bao gồm nhiều bước sóng ánh sáng. Lăng kính tạo ra cầu vồng bằng cách chuyển hướng từng bước sóng ra ở một góc hơi khác nhau.
Toàn bộ phổ điện từ không chỉ là ánh sáng nhìn thấy. Nó bao gồm một loạt các bước sóng năng lượng mà mắt người chúng ta có thể nhìn thấy. Hình ảnh qua NASA / Wikipedia.
Nhưng ánh sáng không dừng lại ở màu đỏ hoặc tím. Cũng giống như có những âm thanh mà chúng ta có thể nghe thấy (nhưng những động vật khác có thể), đó cũng là một dải ánh sáng khổng lồ mà mắt chúng ta có thể phát hiện được. Nói chung, các bước sóng dài hơn đến từ các vùng mát nhất và tối nhất của không gian. Trong khi đó, các bước sóng ngắn hơn đo các hiện tượng cực kỳ năng lượng.
Các nhà thiên văn sử dụng toàn bộ phổ điện từ để quan sát nhiều thứ. Sóng vô tuyến và sóng vi ba - bước sóng dài nhất và năng lượng ánh sáng thấp nhất - được sử dụng để nhìn vào bên trong các đám mây liên sao dày đặc và theo dõi chuyển động của khí lạnh, tối. Kính thiên văn vô tuyến đã được sử dụng để lập bản đồ cấu trúc của thiên hà của chúng ta trong khi kính viễn vọng vi sóng rất nhạy cảm với ánh sáng còn sót lại của Vụ nổ lớn.
Hình ảnh này từ Mảng đường cơ sở rất lớn (VLBA) cho thấy thiên hà M33 sẽ trông như thế nào nếu bạn có thể nhìn thấy trong sóng radio. Hình ảnh này ánh xạ khí hydro nguyên tử trong thiên hà. Các màu sắc khác nhau vận tốc bản đồ trong khí: màu đỏ cho thấy khí di chuyển ra xa chúng ta, màu xanh đang di chuyển về phía chúng ta. Hình ảnh qua NRAO / AUI.
Kính viễn vọng hồng ngoại vượt trội trong việc tìm kiếm những ngôi sao mờ, mát mẻ, cắt xuyên qua các dải bụi liên sao và thậm chí đo nhiệt độ của các hành tinh trong các hệ mặt trời khác. Các bước sóng của ánh sáng hồng ngoại đủ dài để di chuyển qua các đám mây có thể chặn tầm nhìn của chúng ta. Bằng cách sử dụng các kính viễn vọng hồng ngoại lớn, các nhà thiên văn học đã có thể nhìn xuyên qua các đường bụi của Dải Ngân hà vào lõi của thiên hà chúng ta.
Hình ảnh này từ kính viễn vọng không gian Hubble và Spitzer cho thấy trung tâm 300 năm ánh sáng của thiên hà Milky Way của chúng ta, như chúng ta sẽ thấy nếu mắt chúng ta có thể nhìn thấy năng lượng hồng ngoại. Hình ảnh cho thấy các cụm sao khổng lồ và những đám mây khí xoáy. Hình ảnh thông qua NASA / ESA / JPL / Q.D. Wang và S. Stolovy.
Phần lớn các ngôi sao phát ra phần lớn năng lượng điện từ của chúng dưới dạng ánh sáng khả kiến, phần cực nhỏ của quang phổ mà mắt chúng ta nhạy cảm. Bởi vì bước sóng tương quan với năng lượng, màu sắc của một ngôi sao cho chúng ta biết độ nóng của nó: sao đỏ là mát nhất, xanh là nóng nhất. Những ngôi sao lạnh nhất phát ra hầu như không có ánh sáng nhìn thấy được; chúng chỉ có thể được nhìn thấy bằng kính viễn vọng hồng ngoại.
Ở bước sóng ngắn hơn màu tím, chúng ta tìm thấy tia cực tím, hay tia cực tím. Bạn có thể quen thuộc với tia cực tím từ khả năng của nó để cung cấp cho bạn một vết cháy nắng. Các nhà thiên văn học sử dụng nó để săn lùng những ngôi sao năng lượng nhất và xác định các khu vực sinh ra sao. Khi xem các thiên hà xa xôi bằng kính viễn vọng UV, hầu hết các ngôi sao và khí gas đều biến mất, và tất cả các vườn ươm sao đều lóe lên.
Một cái nhìn về thiên hà xoắn ốc M81 trong vùng tử ngoại, được thực hiện bởi đài quan sát vũ trụ Galex. Các khu vực sáng cho thấy các vườn ươm trong các nhánh xoắn ốc. Hình ảnh qua NASA.
Ngoài UV đến những năng lượng cao nhất trong phổ điện từ: tia X và tia gamma. Bầu khí quyển của chúng ta chặn ánh sáng này, vì vậy các nhà thiên văn phải dựa vào kính viễn vọng trong không gian để xem vũ trụ tia X và tia gamma. Tia X đến từ các sao neutron kỳ lạ, xoáy của vật chất quá nóng xoắn ốc quanh một lỗ đen hoặc các đám mây khí khuếch tán trong các cụm thiên hà được nung nóng đến nhiều triệu độ. Trong khi đó, tia gamma - bước sóng ngắn nhất của ánh sáng và gây tử vong cho con người - đã tiết lộ các vụ nổ siêu tân tinh dữ dội, phân rã phóng xạ vũ trụ và thậm chí là phá hủy phản vật chất. Vụ nổ tia Gamma - sự nhấp nháy ngắn của ánh sáng tia gamma từ các thiên hà xa xôi khi một ngôi sao phát nổ và tạo ra một lỗ đen - là một trong những sự kiện đơn lẻ mạnh mẽ nhất trong vũ trụ.
Nếu bạn có thể nhìn thấy trong tia X, trên một khoảng cách xa, bạn sẽ thấy chế độ xem tinh vân xung quanh xung PSR B1509-58. Hình ảnh này là từ kính viễn vọng Chandra. Nằm cách xa 17.000 năm ánh sáng, pulsar là tàn dư quay nhanh của lõi sao để lại sau siêu tân tinh. Hình ảnh qua NASA.
Điểm mấu chốt: Phổ điện từ mô tả tất cả các bước sóng ánh sáng - cả nhìn thấy và không nhìn thấy.