How big is Довжина хвилі рентгенівського випромінювання?

Рентгенівські промені — це різновид світла, якого не бачить людське око, із набагато більшою енергією та набагато коротшою довжиною хвилі, ніж у видимого світла. Цей сайт показує рентгенівський промінь із довжиною хвилі 0,5 нанометра (500 пікометрів), цілком усередині діапазону рентгенівських променів. Довжина хвилі — це відстань від одного гребеня хвилі до наступного, а нанометр — це мільярдна частка метра.

Довжина хвилі

NASA наводить довжини хвиль рентгенівських променів у межах від 0,03 до 3 нанометрів. На довгохвильовому краї рентгенівські промені межують з ультрафіолетовим світлом. На короткохвильовому — з гамма-променями.

Різні джерела проводять ці межі по-різному. Інша сторінка NASA натомість визначає рентгенівські промені за енергією, що відповідає довжинам хвиль приблизно 0,012–12 нанометрів. Значення 0,5 нанометра, яке показує цей сайт, потрапляє в обидва діапазони.

Науковці зазвичай описують рентгенівські промені за їхньою енергією, а не за довжиною хвилі, почасти через те, що довжини хвиль дуже малі. Світло поширюється крихітними порціями енергії, які називають фотонами. Чим коротша довжина хвилі, тим більше енергії несе кожен фотон. Рентгенівські промені можуть проходити крізь багато матеріалів, які поглинають видиме світло.

Порівняння розмірів

Довжина хвилі 0,5 нанометра приблизно дорівнює ширині атома цезію, одного з найбільших атомів.
Фіолетове світло, видиме світло з найкоротшою довжиною хвилі, яку можуть розрізнити очі, має довжину хвилі близько 400 нанометрів, тобто в 800 разів довшу.
Близько 160 000–200 000 таких довжин хвиль перекрили б ширину людської волосини, яка завширшки 0,08–0,1 міліметра.
Кожен фотон цього рентгенівського променя несе в 1 000 разів більше енергії, ніж фотон видимого світла з довжиною хвилі 500 нанометрів.

Як відкрили рентгенівські промені

Вільгельм Рентген відкрив рентгенівські промені 1895 року. Він пропускав електричний струм крізь скляну трубку з розрідженим газом, яку накрив. На чутливому до світла екрані неподалік з’явилося слабке світіння, спричинене новим видом випромінювання, що могло проходити крізь те, чим трубка була накрита. Рентген отримав Нобелівську премію з фізики 1901 року.

Рентген з’ясував, що рентгенівські промені, які проходять крізь долоні й руки, дають докладні зображення кісток усередині. Кістки щільні й поглинають більше рентгенівських променів, ніж шкіра. Тому на рентгенівській плівці кістки залишають тіні, а шкіра виглядає майже прозорою.

Як рентгенівські промені показують розташування атомів

Хвилі, що проходять крізь малі, тісно розташовані отвори, утворюють візерунок, який називають дифракційною картиною. У 1912 році Макс фон Лауе припустив, що правильні ряди атомів у кристалі зроблять те саме з рентгенівськими променями. Експерименти підтвердили його правоту й показали, що рентгенівські промені поводяться як хвилі. Лауе отримав Нобелівську премію з фізики 1914 року.

Вільям Брегг і його син Лоуренс згодом з’ясували, як довжина хвилі та кут рентгенівського променя пов’язані з відстанню між шарами атомів. Це дало змогу обчислити, де розташовані атоми в кристалі. Брегги розділили Нобелівську премію з фізики 1915 року.

Чому рентгенівські телескопи розміщують у космосі

Атмосфера Землі поглинає рентгенівські промені, тому рентгенівські телескопи мають працювати над нею. Рентгенівські промені не відбиваються від дзеркала, на яке падають прямо, тому в таких телескопах використовують дзеркала, на які промені потрапляють під пологим кутом. Рентгенівська обсерваторія NASA «Чандра» реєструє довжини хвиль приблизно 0,12–12 нанометрів, до яких входить і 0,5 нанометра. У космосі рентгенівські промені надходять від об’єктів, розжарених до мільйонів градусів, як-от диски газу навколо чорних дір.