How big is Lungimea de undă a razelor X?

Razele X sunt o formă de lumină pe care ochii nu o pot vedea, cu mult mai multă energie și cu lungimi de undă mult mai scurte decât lumina vizibilă. În explorator apare o rază X cu lungimea de undă de 0,5 nanometri (500 de picometri), aflată bine în interiorul domeniului razelor X. O lungime de undă este distanța de la o creastă a unei unde până la următoarea, iar un nanometru este o miliardime de metru.

Lungime de undă

NASA indică lungimi de undă ale razelor X între 0,03 și 3 nanometri. La capătul lung, razele X se învecinează cu lumina ultravioletă. La capătul scurt, se învecinează cu razele gamma.

Sursele trasează aceste limite în locuri diferite. O altă pagină NASA definește în schimb razele X după energie, ceea ce înseamnă lungimi de undă de aproximativ 0,012–12 nanometri. Cei 0,5 nanometri din explorator se încadrează în ambele intervale.

Oamenii de știință descriu de obicei razele X prin energia lor, nu prin lungimea de undă, în parte pentru că lungimile de undă sunt atât de mici. Lumina se propagă în pachete minuscule de energie numite fotoni. Cu cât lungimea de undă este mai mică, cu atât mai multă energie poartă fiecare foton. Razele X pot trece prin multe materiale care absorb lumina vizibilă.

Comparații de dimensiune

O lungime de undă de 0,5 nanometri este aproximativ cât lățimea unui atom de cesiu, unul dintre cei mai mari atomi.
Lumina violetă, lumina vizibilă cu cea mai scurtă lungime de undă pe care o pot vedea ochii, are o lungime de undă de aproximativ 400 de nanometri, adică de 800 de ori mai lungă.
Aproximativ 160.000–200.000 dintre aceste lungimi de undă ar acoperi grosimea unui fir de păr uman, care are 0,08–0,1 milimetri grosime.
Fiecare foton al acestei raze X poartă de 1.000 de ori energia unui foton de lumină vizibilă cu lungimea de undă de 500 de nanometri.

Cum au fost descoperite razele X

Wilhelm Röntgen a descoperit razele X în 1895. Trecea electricitate printr-un tub de sticlă acoperit, care conținea gaz rarefiat. Pe un ecran sensibil la lumină aflat în apropiere a apărut o lumină slabă, cauzată de un nou tip de radiație care putea trece prin înveliș. Röntgen a primit Premiul Nobel pentru Fizică în 1901.

Röntgen a constatat că razele X care treceau prin mâini și brațe produceau imagini detaliate ale oaselor dinăuntru. Oasele sunt dense și absorb mai multe raze X decât pielea. Așa că pe filmul radiografic oasele lasă umbre, în timp ce pielea pare aproape transparentă.

Cum dezvăluie razele X unde se află atomii

Undele care trec prin deschideri mici, aflate foarte aproape una de alta, formează un model numit figură de difracție. În 1912, Max von Laue a sugerat că șirurile regulate de atomi dintr-un cristal ar face același lucru cu razele X. Experimentele i-au dat dreptate și au arătat că razele X se comportă ca unde. El a primit Premiul Nobel pentru Fizică în 1914.

William Bragg și fiul său Lawrence au stabilit apoi cum se leagă lungimea de undă și unghiul unei raze X de distanța dintre straturile de atomi. Astfel a devenit posibil să se calculeze unde se află atomii dintr-un cristal. Cei doi Bragg au împărțit Premiul Nobel pentru Fizică din 1915.

De ce sunt telescoapele de raze X în spațiu

Atmosfera Pământului absoarbe razele X, așa că telescoapele de raze X trebuie să funcționeze deasupra ei. Razele X nu ricoșează de o oglindă pe care o lovesc frontal, așa că aceste telescoape folosesc oglinzi pe care razele X le lovesc sub un unghi mic. Observatorul de raze X Chandra al NASA detectează lungimi de undă de aproximativ 0,12–12 nanometri, interval care include 0,5 nanometri. În spațiu, razele X provin de la obiecte fierbinți, cu temperaturi de milioane de grade, cum sunt discurile de gaz din jurul găurilor negre.