Das elektromagnetische Spektrum beschreibt alle Wellenlängen des Lichts, sowohl gesehen als auch unsichtbar.
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Wenn Sie an Licht denken, denken Sie wahrscheinlich an das, was Ihre Augen sehen können. Aber das Licht, für das unsere Augen empfindlich sind, ist nur der Anfang; es ist ein Teil der gesamten Lichtmenge, die uns umgibt. Das elektromagnetisches Spektrum ist der Begriff, mit dem Wissenschaftler die gesamte Bandbreite des vorhandenen Lichts beschreiben. Von Radiowellen bis zu Gammastrahlen ist der größte Teil des Lichts im Universum für uns unsichtbar!
Licht ist eine Welle wechselnder elektrischer und magnetischer Felder. Die Ausbreitung von Licht ist nicht viel anders als Wellen, die einen Ozean durchqueren. Licht hat wie jede andere Welle einige grundlegende Eigenschaften, die es beschreiben. Eins ist sein Frequenz, gemessen in Hertz (Hz), die die Anzahl der Wellen zählt, die in einer Sekunde an einem Punkt vorbeiziehen. Eine weitere eng verwandte Eigenschaft ist Wellenlänge: die Entfernung vom Gipfel einer Welle zum Gipfel der nächsten. Diese beiden Attribute stehen in umgekehrter Beziehung zueinander. Je größer die Frequenz, desto kleiner die Wellenlänge - und umgekehrt.
Mit der Kurzbezeichnung ROY G BV können Sie sich an die Reihenfolge der Farben im sichtbaren Spektrum erinnern. Bild über die University of Tennessee.
Die elektromagnetischen Wellen, die Ihre Augen wahrnehmen - sichtbares Licht - zwischen 400 und 790 Terahertz (THz) pendeln. Das sind mehrere hundert Billionen Mal pro Sekunde. Die Wellenlängen sind ungefähr so groß wie ein großes Virus: 390 - 750 Nanometer (1 Nanometer = 1 Milliardstel Meter; ein Meter ist ungefähr 39 Zoll lang). Unser Gehirn interpretiert die verschiedenen Wellenlängen des Lichts als unterschiedliche Farben. Rot hat die längste Wellenlänge und Violett die kürzeste. Wenn wir das Sonnenlicht durch ein Prisma leiten, sehen wir, dass es sich tatsächlich aus vielen Wellenlängen des Lichts zusammensetzt. Das Prisma erzeugt einen Regenbogen, indem jede Wellenlänge in einem etwas anderen Winkel herausgelenkt wird.
Das gesamte elektromagnetische Spektrum ist viel mehr als nur sichtbares Licht. Es umfasst einen Bereich von Wellenlängen der Energie, die unser menschliches Auge nicht sehen kann. Bild über die NASA / Wikipedia.
Licht hört aber nicht bei Rot oder Violett auf. Genau wie es Geräusche gibt, die wir nicht hören können (aber andere Tiere können), gibt es auch eine enorme Lichtreichweite, die unsere Augen nicht wahrnehmen können. Im Allgemeinen kommen die längeren Wellenlängen aus den kühlsten und dunkelsten Regionen des Weltraums. Mittlerweile messen die kürzeren Wellenlängen extrem energetische Phänomene.
Astronomen nutzen das gesamte elektromagnetische Spektrum, um eine Vielzahl von Dingen zu beobachten. Radiowellen und Mikrowellen - die längsten Wellenlängen und niedrigsten Energien des Lichts - werden verwendet, um in dichte interstellare Wolken zu blicken und die Bewegung von kaltem, dunklem Gas zu verfolgen. Radioteleskope wurden verwendet, um die Struktur unserer Galaxie abzubilden, während Mikrowellenteleskope empfindlich auf das verbleibende Leuchten des Urknalls reagieren.
Dieses Bild aus dem Very Large Baseline Array (VLBA) zeigt, wie die Galaxie M33 aussehen würde, wenn Sie in Radiowellen sehen könnten. Dieses Bild zeigt atomares Wasserstoffgas in der Galaxie. Die verschiedenen Farben bilden die Geschwindigkeit des Gases ab: Rot zeigt, dass sich Gas von uns wegbewegt, Blau bewegt sich auf uns zu. Bild über NRAO / AUI.
Infrarot-Teleskope zeichnen sich dadurch aus, dass sie kühle, dunkle Sterne finden, interstellare Staubbänder durchschneiden und sogar die Temperaturen von Planeten in anderen Sonnensystemen messen. Die Wellenlängen des Infrarotlichts sind lang genug, um durch Wolken zu navigieren, die sonst unsere Sicht verstellen würden. Mithilfe großer Infrarot-Teleskope konnten Astronomen durch die Staubspuren der Milchstraße in den Kern unserer Galaxie blicken.
Dieses Bild von den Hubble- und Spitzer-Weltraumteleskopen zeigt die zentralen 300 Lichtjahre unserer Milchstraße, wie wir es sehen würden, wenn unsere Augen Infrarotenergie sehen könnten. Das Bild zeigt massive Sternhaufen und wirbelnde Gaswolken. Bild über NASA / ESA / JPL / Q.D. Wang und S. Stolovy.
Die meisten Sterne strahlen den größten Teil ihrer elektromagnetischen Energie als sichtbares Licht aus, den winzigen Teil des Spektrums, für den unsere Augen empfindlich sind. Da die Wellenlänge mit der Energie korreliert, sagt die Farbe eines Sterns aus, wie heiß es ist: Rote Sterne sind am kühlsten, blaue am heißesten. Die kältesten Sterne strahlen kaum sichtbares Licht aus; Sie können nur mit Infrarot-Teleskopen gesehen werden.
Bei Wellenlängen, die kürzer als Violett sind, finden wir das ultraviolette oder UV-Licht. Sie kennen UV möglicherweise aus seiner Fähigkeit, Ihnen einen Sonnenbrand zuzufügen. Astronomen nutzen es, um die energiereichsten Sterne zu finden und Regionen zu identifizieren, in denen Sterne geboren wurden. Bei der Betrachtung ferner Galaxien mit UV-Teleskopen verschwinden die meisten Sterne und Gase, und alle Sternenkindergärten erblicken.
Ein Blick auf die Spiralgalaxie M81 im Ultraviolett, ermöglicht durch das Galex-Weltraumobservatorium. Die hellen Regionen zeigen Sternenkindergärten in den Spiralarmen. Bild über die NASA.
Neben UV kommen die höchsten Energien im elektromagnetischen Spektrum: Röntgen- und Gammastrahlen. Unsere Atmosphäre blockiert dieses Licht, daher müssen sich Astronomen auf Teleskope im Weltraum verlassen, um das Röntgen- und Gammastrahlenuniversum zu sehen. Röntgenstrahlen stammen von exotischen Neutronensternen, dem Wirbel aus überhitztem Material, das sich um ein Schwarzes Loch windet, oder diffusen Gaswolken in galaktischen Clustern, die sich auf viele Millionen Grad erhitzen. Währenddessen enthüllen Gammastrahlen - die kürzeste und für den Menschen tödliche Wellenlänge des Lichts - heftige Supernova-Explosionen, kosmischen radioaktiven Zerfall und sogar die Zerstörung von Antimaterie. Gammastrahlen platzen - das kurzzeitige Flackern von Gammastrahlenlicht aus fernen Galaxien, wenn ein Stern explodiert und ein Schwarzes Loch erzeugt - gehören zu den energetischsten singulären Ereignissen im Universum.
Wenn Sie über große Entfernungen in Röntgenstrahlen sehen könnten, würden Sie diese Ansicht des Nebels sehen, der den Pulsar PSR B1509-58 umgibt. Dieses Bild ist vom Chandra-Teleskop. Der 17.000 Lichtjahre entfernte Pulsar ist der schnell rotierende Überrest eines Sternkerns, der nach einer Supernova zurückgelassen wurde. Bild über die NASA.
Fazit: Das elektromagnetische Spektrum beschreibt alle Wellenlängen des Lichts - gesehen und unsichtbar.