How big is Wellenlänge von Röntgenstrahlung?

Röntgenstrahlung ist eine Form von Licht, die das Auge nicht sehen kann. Sie hat viel mehr Energie und eine viel kürzere Wellenlänge als sichtbares Licht. Der Explorer zeigt Röntgenstrahlung mit einer Wellenlänge von 0,5 Nanometern (500 Pikometern), die deutlich im Röntgenbereich liegt. Eine Wellenlänge ist der Abstand von einem Wellenberg zum nächsten, und ein Nanometer ist ein Milliardstel Meter.

Wellenlänge

Die NASA gibt für Röntgenstrahlung Wellenlängen zwischen 0,03 und 3 Nanometern an. Am langwelligen Ende grenzt sie an ultraviolettes Licht, am kurzwelligen Ende an Gammastrahlen.

Verschiedene Quellen ziehen diese Grenzen unterschiedlich. Eine andere NASA-Seite definiert Röntgenstrahlung stattdessen über die Energie, was Wellenlängen von etwa 0,012–12 Nanometern entspricht. Die 0,5 Nanometer des Explorers liegen innerhalb beider Bereiche.

Wissenschaftler beschreiben Röntgenstrahlung meist über ihre Energie statt über ihre Wellenlänge, unter anderem weil die Wellenlängen so klein sind. Licht bewegt sich in winzigen Energiepaketen, den sogenannten Photonen. Je kürzer die Wellenlänge, desto mehr Energie trägt jedes Photon. Röntgenstrahlung kann viele Materialien durchdringen, die sichtbares Licht absorbieren.

Größenvergleiche

Eine Wellenlänge von 0,5 Nanometern entspricht etwa der Breite eines Cäsiumatoms, eines der größten Atome.
Violettes Licht, das sichtbare Licht mit der kürzesten für das Auge wahrnehmbaren Wellenlänge, hat eine Wellenlänge von etwa 400 Nanometern – 800-mal so lang.
Aneinandergereiht würden etwa 160.000–200.000 dieser Wellenlängen die Breite eines menschlichen Haares ergeben, das 0,08–0,1 Millimeter breit ist.
Jedes Photon dieser Röntgenstrahlung trägt die 1.000-fache Energie eines Photons von sichtbarem Licht mit einer Wellenlänge von 500 Nanometern.

Wie Röntgenstrahlung entdeckt wurde

Wilhelm Röntgen entdeckte die Röntgenstrahlung 1895. Er leitete Elektrizität durch eine mit dünnem Gas gefüllte Glasröhre, die er abgedeckt hatte. Auf einem nahegelegenen, lichtempfindlichen Schirm erschien ein schwacher Lichtschein, verursacht durch eine neue Art von Strahlung, die die Abdeckung durchdringen konnte. Röntgen erhielt 1901 den Nobelpreis für Physik.

Röntgen stellte fest, dass Röntgenstrahlung, die durch Hände und Arme hindurchgeht, detaillierte Bilder der Knochen darin erzeugt. Knochen sind dicht und absorbieren mehr Röntgenstrahlung als die Haut. Auf dem Röntgenfilm hinterlassen die Knochen deshalb Schatten, während die Haut fast durchsichtig erscheint.

Wie Röntgenstrahlung zeigt, wo Atome sitzen

Wellen, die durch kleine, eng beieinanderliegende Öffnungen hindurchgehen, bilden ein sogenanntes Beugungsmuster. 1912 vermutete Max von Laue, dass die regelmäßigen Atomreihen in einem Kristall dasselbe mit Röntgenstrahlung tun würden. Experimente bestätigten das und zeigten, dass sich Röntgenstrahlung wie eine Welle verhält. Er erhielt 1914 den Nobelpreis für Physik.

William Bragg und sein Sohn Lawrence fanden anschließend heraus, wie Wellenlänge und Winkel von Röntgenstrahlung mit dem Abstand zwischen Atomschichten zusammenhängen. Dadurch wurde es möglich zu berechnen, wo die Atome in einem Kristall sitzen. Die Braggs teilten sich 1915 den Nobelpreis für Physik.

Warum Röntgenteleskope im Weltraum stehen

Die Erdatmosphäre absorbiert Röntgenstrahlung, sodass Röntgenteleskope oberhalb von ihr arbeiten müssen. Röntgenstrahlung wird nicht von einem Spiegel reflektiert, den sie frontal trifft, weshalb diese Teleskope Spiegel verwenden, auf die die Strahlung in einem flachen Winkel trifft. Das Röntgenobservatorium Chandra der NASA erfasst Wellenlängen von etwa 0,12–12 Nanometern, was 0,5 Nanometer mit einschließt. Im Weltraum stammt Röntgenstrahlung von Objekten mit Temperaturen von Millionen Grad, etwa den Gasscheiben um Schwarze Löcher.