X 射线是一种人眼无法看见的光，能量远高于可见光，波长也远短于可见光。本站展示的 X 射线波长为 0.5 纳米（500 皮米），完全落在 X 射线的波长范围之内。波长是指波峰与相邻波峰之间的距离，纳米是十亿分之一米。

波长

NASA 给出的 X 射线波长范围是 0.03–3 纳米。波长较长的一端与紫外线相邻，波长较短的一端则与伽马射线相邻。

不同资料对这一范围的划定并不一致。NASA 的另一份资料按能量而非波长来定义 X 射线，换算下来波长约为 0.012–12 纳米。本站所取的 0.5 纳米落在这两个范围之内。

科学家通常用能量而不是波长来描述 X 射线，部分原因是它的波长实在太短。光以被称为光子的微小能量包的形式传播。波长越短，每个光子携带的能量就越高。X 射线能够穿透许多会吸收可见光的材料。

大小比较

0.5 纳米的波长，大约相当于铯原子的宽度，铯原子是已知最大的原子之一。
紫光是人眼能看到的波长最短的可见光，波长约为 400 纳米，是这种 X 射线波长的 800 倍。
16 万–20 万个这样的波长首尾相连，长度便相当于一根人类头发的宽度，头发的宽度为 0.08–0.1 毫米。
这种 X 射线的每个光子所携带的能量，是波长为 500 纳米的可见光光子的 1000 倍。

X 射线的发现

威廉·伦琴于 1895 年发现了 X 射线。当时他正让电流通过一个装有稀薄气体、并已被遮盖起来的玻璃管。附近的一块感光屏上出现了微弱的光，这是一种能够穿透遮盖物的新型辐射所致。伦琴因此获得 1901 年诺贝尔物理学奖。

伦琴发现，X 射线穿过手和手臂后，能够清晰地呈现出其中骨骼的图像。骨骼密度较大，吸收的 X 射线比皮肤多，因此在 X 光片上，骨骼会留下阴影，而皮肤看起来几乎是透明的。

X 射线如何揭示原子的位置

波在通过间距很小的密集孔隙时，会形成一种叫做衍射图样的图案。1912 年，马克斯·冯·劳厄提出，晶体中排列规则的原子行列也会使 X 射线产生同样的效应。实验证实了他的设想，并表明 X 射线具有波动性。他因此获得 1914 年诺贝尔物理学奖。

随后，威廉·布拉格与他的儿子劳伦斯共同推导出 X 射线的波长、入射角与原子层间距之间的关系，使人们得以计算出晶体中原子的位置。父子二人共同获得 1915 年诺贝尔物理学奖。

X 射线望远镜为何设在太空中

地球大气层会吸收 X 射线，因此 X 射线望远镜必须在大气层上方工作。X 射线若垂直射向镜面便不会反射，所以这类望远镜采用的镜面，需要让 X 射线以很小的入射角掠射其上。NASA 的钱德拉 X 射线天文台可探测波长约 0.12–12 纳米的 X 射线，其中包含 0.5 纳米这一波长。在太空中，X 射线来自温度高达数百万度的天体，例如黑洞周围的气体盘。

参考资料

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.

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