How big is X-射線波長?

X射線是一種人眼看不見的光，能量比可見光高出許多，波長也短得多。本站所呈現的這道X射線，波長是0.5奈米（500皮米），穩穩落在X射線範圍之內。波長是指波峰到下一個波峰之間的距離，一奈米則是一公尺的十億分之一。

波長

美國國家航空暨太空總署（NASA）將X射線的波長範圍定義在0.03至3奈米之間。在波長較長的一端，X射線與紫外線相鄰；在波長較短的一端，則與伽瑪射線相鄰。

不同資料來源對這個範圍的界定不盡相同。NASA另一個網頁改以能量來定義X射線，換算成波長大約是0.012至12奈米。本站所採用的0.5奈米，落在這兩個範圍之內。

科學家通常會以能量而非波長來描述X射線，部分原因是這些波長實在太小。光是以稱為「光子」的微小能量包傳播。波長愈短，每個光子攜帶的能量就愈高。X射線能穿透許多會吸收可見光的材質。

大小比較

• 0.5奈米的波長，大約相當於一個銫原子的寬度，銫原子是最大的原子之一。
• 人眼能看見的可見光中，波長最短的是紫光，波長大約是400奈米，是這道X射線波長的800倍。
• 把大約16萬至20萬個這種波長首尾相接排列，總長度會相當於一根人類頭髮的寬度，也就是0.08至0.1公釐。
• 這道X射線的每個光子所帶的能量，是波長500奈米可見光光子的1000倍。

X射線如何被發現

威廉·倫琴在1895年發現了X射線。當時他讓電流通過一根裝有稀薄氣體、且已用物體遮蓋起來的玻璃管。附近的一塊感光屏幕上出現了微弱的光，這是一種能穿透遮蓋物的新型輻射所造成的。倫琴在1901年獲得諾貝爾物理學獎。

倫琴發現，X射線穿過手掌和手臂時，能拍出裡面骨頭的清晰影像。骨頭的密度較高，吸收的X射線比皮膚多，因此在X光片上，骨頭會留下陰影，皮膚看起來則幾乎是透明的。

X射線如何顯示原子的位置

波通過細小且排列緊密的孔隙時，會形成一種稱為「繞射圖樣」的圖案。1912年，馬克斯·馮·勞厄提出，晶體中排列規則的原子列，也會讓X射線產生同樣的效果。實驗證實了他的推測，並顯示X射線具有波動的性質。他因此獲得1914年諾貝爾物理學獎。

之後，威廉·布拉格與他的兒子勞倫斯，找出了X射線的波長、入射角與原子層間距之間的關係，使人們得以計算出晶體中原子的位置。布拉格父子共同獲得1915年諾貝爾物理學獎。

為何X射線望遠鏡設置在太空中

地球的大氣層會吸收X射線，因此X射線望遠鏡必須在大氣層之上運作。X射線若以接近垂直的角度照射鏡面時並不會反射，因此這類望遠鏡改用讓X射線以極淺角度掠過的鏡面設計。NASA的錢卓X射線天文台能偵測波長大約0.12至12奈米的X射線，涵蓋了0.5奈米。在太空中，X射線來自溫度高達數百萬度的天體，例如黑洞周圍的氣體盤。

參考資料

• X-Rays. NASA Science.
• Electromagnetic Spectrum – Introduction. NASA Imagine the Universe.
• Electromagnetic Spectrum. NASA Imagine the Universe.
• Overview of the Chandra X-Ray Observatory Facility. Weisskopf and Six, NASA, 2002.
• Wilhelm Conrad Röntgen: Facts. Nobel Prize Outreach.
• Max von Laue: Facts. Nobel Prize Outreach.
• Lawrence Bragg: Facts. Nobel Prize Outreach.
• Planck constant in eV/Hz. NIST CODATA.
• Cesium. PubChem, National Library of Medicine.
• Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.