Das elektromagnetische Spektrum

Das elektromagnetische Spektrum ist der Bereich der Frequenzen (das Spektrum) der elektromagnetischen Strahlung und ihrer jeweiligen Wellenlängen und Photonenenergien.
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Das elektromagnetische Spektrum umfasst elektromagnetische Wellen mit Frequenzen von unter einem Hertz bis über 1025 Hertz, was Wellenlängen von Tausenden von Kilometern bis hinunter zu einem Bruchteil der Größe eines Atomkerns entspricht. Dieser Frequenzbereich ist in verschiedene Bänder unterteilt, und die elektromagnetischen Wellen innerhalb jedes Frequenzbandes werden mit unterschiedlichen Namen bezeichnet; beginnend am niederfrequenten (langwelligen) Ende des Spektrums sind dies: Radiowellen, Mikrowellen, Infrarot, sichtbares Licht, Ultraviolett, Röntgenstrahlen und Gammastrahlen am hochfrequenten (kurzwelligen) Ende. Die elektromagnetischen Wellen in jedem dieser Bereiche haben unterschiedliche Eigenschaften, z. B. wie sie erzeugt werden, wie sie mit Materie interagieren und welche praktischen Anwendungen sie haben. Die Grenze für lange Wellenlängen liegt bei der Größe des Universums selbst, während man annimmt, dass die Grenze für kurze Wellenlängen in der Nähe der Planck-Länge liegt. Gammastrahlen, Röntgenstrahlen und starkes Ultraviolett werden als ionisierende Strahlung eingestuft, da ihre Photonen genügend Energie haben, um Atome zu ionisieren und chemische Reaktionen auszulösen. Die Exposition gegenüber diesen Strahlen kann eine Gefahr für die Gesundheit darstellen und Strahlenkrankheit, DNA-Schäden und Krebs verursachen. Strahlung mit Wellenlängen des sichtbaren Lichts und darunter wird als nichtionisierende Strahlung bezeichnet, da sie diese Wirkungen nicht hervorrufen kann.
In den meisten der oben genannten Frequenzbänder kann eine Technik namens Spektroskopie verwendet werden, um Wellen verschiedener Frequenzen physikalisch zu trennen und ein Spektrum zu erzeugen, das die einzelnen Frequenzen zeigt. Die Spektroskopie wird eingesetzt, um die Wechselwirkungen zwischen elektromagnetischen Wellen und Materie zu untersuchen. Weitere technologische Anwendungen werden unter elektromagnetische Strahlung beschrieben.
Geschichte der Entdeckung des elektromagnetischen Spektrums
Für den größten Teil der Geschichte war das sichtbare Licht der einzige bekannte Teil des elektromagnetischen Spektrums. Die alten Griechen erkannten, dass sich das Licht in geraden Linien fortbewegt, und untersuchten einige seiner Eigenschaften, darunter Reflexion und Brechung. Die Erforschung des Lichts wurde fortgesetzt, und im 16. und 17. Jahrhundert gab es widersprüchliche Theorien, die das Licht entweder als Welle oder als Teilchen betrachteten.
Die erste Entdeckung einer anderen elektromagnetischen Strahlung als des sichtbaren Lichts erfolgte im Jahr 1800, als William Herschel die Infrarotstrahlung entdeckte. Er untersuchte die Temperatur verschiedener Farben, indem er ein Thermometer durch das durch ein Prisma geteilte Licht bewegte. Er stellte fest, dass die höchste Temperatur jenseits von Rot lag. Er vermutete, dass diese Temperaturveränderung auf „Wärmestrahlen“ zurückzuführen war, eine Art von Lichtstrahlen, die man nicht sehen konnte.
Ein Jahr später entdeckte Johann Ritter, der am anderen Ende des Spektrums arbeitete, so genannte „chemische Strahlen“ (unsichtbare Lichtstrahlen, die bestimmte chemische Reaktionen auslösten). Diese Strahlen verhielten sich ähnlich wie die sichtbaren violetten Lichtstrahlen, befanden sich aber im Spektrum jenseits von ihnen. Sie wurden später in ultraviolette Strahlung umbenannt.
Elektromagnetische Strahlung wurde erstmals 1845 mit dem Elektromagnetismus in Verbindung gebracht, als Michael Faraday feststellte, dass die Polarisation von Licht, das ein transparentes Material durchquerte, auf ein Magnetfeld reagierte (siehe Faraday-Effekt). In den 1860er Jahren entwickelte James Maxwell vier partielle Differentialgleichungen für das elektromagnetische Feld. Zwei dieser Gleichungen sagten die Möglichkeit und das Verhalten von Wellen in diesem Feld voraus. Bei der Analyse der Geschwindigkeit dieser theoretischen Wellen stellte Maxwell fest, dass sie sich mit einer Geschwindigkeit bewegen müssen, die in etwa der bekannten Lichtgeschwindigkeit entspricht. Diese verblüffende Übereinstimmung der Werte veranlasste Maxwell zu der Schlussfolgerung, dass das Licht selbst eine Art elektromagnetische Welle ist.
Maxwells Gleichungen sagten eine unendliche Anzahl von Frequenzen elektromagnetischer Wellen voraus, die sich alle mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten. Dies war der erste Hinweis auf die Existenz des gesamten elektromagnetischen Spektrums.
Zu den von Maxwell vorhergesagten Wellen gehörten auch Wellen mit sehr niedrigen Frequenzen im Vergleich zum Infrarot, die theoretisch durch schwingende Ladungen in einem gewöhnlichen elektrischen Stromkreis eines bestimmten Typs erzeugt werden könnten. In dem Bestreben, die Maxwellschen Gleichungen zu beweisen und solche niederfrequenten elektromagnetischen Strahlungen nachzuweisen, baute der Physiker Heinrich Hertz 1886 einen Apparat zur Erzeugung und zum Nachweis dessen, was man heute Radiowellen nennt. Hertz fand die Wellen und konnte (durch Messung ihrer Wellenlänge und Multiplikation mit ihrer Frequenz) ableiten, dass sie sich mit Lichtgeschwindigkeit fortbewegten. Hertz wies auch nach, dass die neue Strahlung von verschiedenen dielektrischen Medien reflektiert und gebrochen werden kann, und zwar auf die gleiche Weise wie Licht. So konnte Hertz die Wellen beispielsweise mit einer Linse aus Baumharz bündeln. In einem späteren Experiment erzeugte und maß Hertz auf ähnliche Weise die Eigenschaften von Mikrowellen. Diese neuen Wellenarten ebneten den Weg für Erfindungen wie den drahtlosen Telegrafen und das Radio.
1895 bemerkte Wilhelm Röntgen bei einem Experiment mit einer evakuierten Röhre, die einer hohen Spannung ausgesetzt war, eine neue Art von Strahlung. Er nannte diese Strahlung Röntgenstrahlen und stellte fest, dass sie Teile des menschlichen Körpers durchdringen konnte, aber von dichterer Materie wie Knochen reflektiert oder aufgehalten wurde. Schon bald fanden sie in der Medizin zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten.
Der letzte Teil des elektromagnetischen Spektrums wurde mit der Entdeckung der Gammastrahlen aufgefüllt. Im Jahr 1900 entdeckte Paul Villard bei der Untersuchung der radioaktiven Emissionen von Radium eine neue Art von Strahlung, von der er zunächst annahm, dass sie aus Teilchen besteht, die den bekannten Alpha- und Betateilchen ähneln, aber viel durchdringender sind als diese. 1910 wies der britische Physiker William Henry Bragg jedoch nach, dass es sich bei Gammastrahlen um elektromagnetische Strahlung und nicht um Teilchen handelt, und 1914 maßen Ernest Rutherford (der ihnen 1903 den Namen Gammastrahlen gegeben hatte, als er erkannte, dass sie sich grundlegend von geladenen Alpha- und Betateilchen unterschieden) und Edward Andrade ihre Wellenlängen und stellten fest, dass Gammastrahlen den Röntgenstrahlen ähneln, jedoch kürzere Wellenlängen und höhere Frequenzen aufweisen.
Bereich des Spektrums
Elektromagnetische Wellen werden in der Regel durch eine der folgenden drei physikalischen Eigenschaften beschrieben: die Frequenz f, die Wellenlänge λ oder die Photonenenergie E. Die in der Astronomie beobachteten Frequenzen reichen von 2,4×1023 Hz (1 GeV Gammastrahlen) bis zur lokalen Plasmafrequenz des ionisierten interstellaren Mediums (~1 kHz). Die Wellenlänge ist umgekehrt proportional zur Wellenfrequenz, so dass Gammastrahlen sehr kurze Wellenlängen haben, die nur einen Bruchteil der Größe von Atomen betragen, während die Wellenlängen am anderen Ende des Spektrums so lang wie das Universum sein können. Die Energie der Photonen ist direkt proportional zur Wellenfrequenz, so dass Gammastrahlen-Photonen die höchste Energie haben (etwa eine Milliarde Elektronenvolt), während Radiowellen-Photonen eine sehr niedrige Energie haben (etwa ein Femtoelektronenvolt).
Wenn elektromagnetische Wellen in einem Medium mit Materie vorhanden sind, wird ihre Wellenlänge verringert. Die Wellenlängen elektromagnetischer Strahlung werden unabhängig vom Medium, das sie durchqueren, in der Regel in Bezug auf die Vakuumwellenlänge angegeben, auch wenn dies nicht immer ausdrücklich erwähnt wird.
Im Allgemeinen wird elektromagnetische Strahlung nach ihrer Wellenlänge in Radiowellen, Mikrowellen, Terahertz- (oder Submillimeter-) Strahlung, Infrarot, den sichtbaren Bereich, der als Licht wahrgenommen wird, Ultraviolett, Röntgen- und Gammastrahlen unterteilt. Das Verhalten von EM-Strahlung hängt von ihrer Wellenlänge ab. Wenn EM-Strahlung mit einzelnen Atomen und Molekülen in Wechselwirkung tritt, hängt ihr Verhalten auch von der Energiemenge pro Quant (Photon) ab, die sie trägt.
Die Spektroskopie kann einen viel größeren Bereich des EM-Spektrums als den sichtbaren Bereich von 400 nm bis 700 nm nachweisen. Ein gewöhnliches Laborspektroskop kann Wellenlängen von 2 nm bis 2500 nm erfassen. Mit dieser Art von Geräten lassen sich detaillierte Informationen über die physikalischen Eigenschaften von Objekten, Gasen oder sogar Sternen gewinnen. Spektroskope werden in der Astrophysik häufig eingesetzt. Zum Beispiel senden viele Wasserstoffatome ein Radiowellenphoton mit einer Wellenlänge von 21,12 cm aus. Auch Frequenzen von 30 Hz und darunter können von bestimmten Sternennebeln erzeugt werden und sind wichtig für die Untersuchung dieser Nebel, und Frequenzen von bis zu 2,9×1027 Hz wurden von astrophysikalischen Quellen entdeckt.

Strahlungsarten
Grenzen
Nachfolgend werden die Regionen (oder Bänder oder Arten) des elektromagnetischen Spektrums erläutert. Beachten Sie, dass es keine genau definierten Grenzen zwischen den Bändern des elektromagnetischen Spektrums gibt; vielmehr gehen sie ineinander über wie die Bänder in einem Regenbogen (der das Unterspektrum des sichtbaren Lichts darstellt). Strahlung jeder Frequenz und Wellenlänge (oder in jedem Band) hat eine Mischung von Eigenschaften der beiden Bereiche des Spektrums, die sie begrenzen. Zum Beispiel ähnelt rotes Licht der Infrarotstrahlung insofern, als es einige chemische Bindungen anregen und ihnen Energie hinzufügen kann und dies auch tun muss, um die chemischen Mechanismen anzutreiben, die für die Photosynthese und das Funktionieren des visuellen Systems verantwortlich sind

Regionen des Spektrums
Die Arten der elektromagnetischen Strahlung werden grob in die folgenden Klassen eingeteilt:
– Gammastrahlung
– Röntgenstrahlung
– Ultraviolettstrahlung
– Sichtbare Strahlung
– Infrarotstrahlung
– Terahertzstrahlung
– Mikrowellenstrahlung
– Radiowellen
Der Bereich des Spektrums, in den eine bestimmte beobachtete elektromagnetische Strahlung fällt, Der Bereich des Spektrums, in den eine bestimmte beobachtete elektromagnetische Strahlung fällt, ist (aufgrund der Doppler-Verschiebung des Lichts) bezugsrahmenabhängig, so dass EM-Strahlung, die nach Ansicht eines Beobachters in einen bestimmten Bereich des Spektrums fällt, einem Beobachter, der sich mit einem erheblichen Bruchteil der Lichtgeschwindigkeit gegenüber dem ersten Beobachter bewegt, als in einem anderen Teil des Spektrums liegend erscheinen kann. Betrachten wir zum Beispiel den kosmischen Mikrowellenhintergrund. Er entstand bei der Entkopplung von Materie und Strahlung durch die Deexzitation von Wasserstoffatomen in den Grundzustand. Diese Photonen stammten aus Übergängen der Lyman-Reihe und liegen damit im ultravioletten (UV) Teil des elektromagnetischen Spektrums. Nun hat diese Strahlung eine ausreichende kosmologische Rotverschiebung erfahren, so dass sie für Beobachter, die sich in Bezug auf den Kosmos langsam (im Vergleich zur Lichtgeschwindigkeit) bewegen, in den Mikrowellenbereich des Spektrums fällt.
Radiofrequenz
Radiowellen werden von Antennen ausgestrahlt und empfangen, die aus Leitern wie Metallstabresonatoren bestehen. Bei der künstlichen Erzeugung von Radiowellen erzeugt ein elektronisches Gerät, ein sogenannter Sender, einen elektrischen Wechselstrom, der an eine Antenne angelegt wird. Die oszillierenden Elektronen in der Antenne erzeugen oszillierende elektrische und magnetische Felder, die von der Antenne als Radiowellen abgestrahlt werden. Beim Empfang von Radiowellen koppeln die oszillierenden elektrischen und magnetischen Felder einer Radiowelle an die Elektronen in einer Antenne und schieben sie hin und her, wodurch oszillierende Ströme entstehen, die an einen Radioempfänger angelegt werden. Die Erdatmosphäre ist für Funkwellen größtenteils durchlässig, mit Ausnahme der Schichten geladener Teilchen in der Ionosphäre, die bestimmte Frequenzen reflektieren können.
Funkwellen werden in großem Umfang zur Übertragung von Informationen über Entfernungen in Funkkommunikationssystemen wie Rundfunk, Fernsehen, Funksprechgeräten, Mobiltelefonen, Kommunikationssatelliten und drahtlosen Netzwerken verwendet. In einem Funkkommunikationssystem wird ein Hochfrequenzstrom mit einem informationstragenden Signal in einem Sender moduliert, indem entweder die Amplitude, die Frequenz oder die Phase verändert wird, und an eine Antenne angelegt. Die Funkwellen übertragen die Informationen über den Raum zu einem Empfänger, wo sie von einer Antenne empfangen werden und die Informationen durch Demodulation im Empfänger extrahiert werden. Funkwellen werden auch für die Navigation in Systemen wie dem Global Positioning System (GPS) und Navigationsbaken sowie für die Ortung entfernter Objekte in der Funkortung und im Radar verwendet. Die Nutzung des Funkspektrums wird von den Regierungen streng geregelt und von der Internationalen Fernmeldeunion (ITU) koordiniert, die den verschiedenen Nutzern Frequenzen für unterschiedliche Zwecke zuteilt.
Mikrowellen
Darstellung der Durchlässigkeit der Erdatmosphäre für verschiedene Wellenlängen elektromagnetischer Strahlung.
Mikrowellen sind Radiowellen mit kurzer Wellenlänge, von etwa 10 Zentimetern bis zu einem Millimeter, in den SHF- und EHF-Frequenzbändern. Mikrowellenenergie wird mit Klystron- und Magnetronröhren sowie mit Festkörpergeräten wie Gunn- und IMPATT-Dioden erzeugt. Obwohl sie von kurzen Antennen ausgestrahlt und absorbiert werden, werden sie auch von polaren Molekülen absorbiert und koppeln an Schwingungs- und Rotationsmoden, was zu einer Erwärmung der Masse führt. Im Gegensatz zu höherfrequenten Wellen wie Infrarot und Licht, die hauptsächlich an Oberflächen absorbiert werden, können Mikrowellen in Materialien eindringen und ihre Energie unter der Oberfläche abgeben. Dieser Effekt wird für die Erwärmung von Lebensmitteln in Mikrowellenherden, für die industrielle Erwärmung und die medizinische Diathermie genutzt. Mikrowellen sind die wichtigsten Wellenlängen für Radar, Satellitenkommunikation und drahtlose Netzwerktechnologien wie Wifi, allerdings mit einer Intensität, die keine thermische Erwärmung verursachen kann. Die Kupferkabel (Übertragungsleitungen), die verwendet werden, um niederfrequente Radiowellen zu den Antennen zu leiten, haben bei Mikrowellenfrequenzen übermäßige Leistungsverluste, und es werden Metallrohre, so genannte Wellenleiter, verwendet, um sie zu übertragen. Obwohl die Atmosphäre am unteren Ende des Bandes weitgehend transparent ist, begrenzt die Absorption von Mikrowellen durch atmosphärische Gase am oberen Ende des Bandes die praktischen Ausbreitungsdistanzen auf einige Kilometer.
Terahertz-Strahlung
Terahertz-Strahlung ist ein Bereich des Spektrums zwischen dem fernen Infrarot und den Mikrowellen. Bis vor kurzem wurde dieser Bereich kaum erforscht, und es gab nur wenige Quellen für Mikrowellenenergie am oberen Ende des Bandes (Submillimeterwellen oder so genannte Terahertz-Wellen), aber jetzt gibt es Anwendungen wie Bildgebung und Kommunikation. Wissenschaftler wollen die Terahertz-Technologie auch bei den Streitkräften einsetzen, wo Hochfrequenzwellen auf feindliche Truppen gerichtet werden könnten, um deren elektronische Ausrüstung außer Gefecht zu setzen. Terahertz-Strahlung wird von atmosphärischen Gasen stark absorbiert, so dass dieser Frequenzbereich für die Kommunikation über große Entfernungen unbrauchbar ist.
Infrarotstrahlung
Der infrarote Teil des elektromagnetischen Spektrums umfasst den Bereich von etwa 300 GHz bis 400 THz (1 mm – 750 nm). Er kann in drei Bereiche unterteilt werden:

• Ferninfrarot, von 300 GHz bis 30 THz (1 mm – 10 μm). Der untere Teil dieses Bereichs kann auch als Mikrowellen oder Terahertz-Wellen bezeichnet werden. Diese Strahlung wird in der Regel durch sogenannte Rotationsmoden in Gasphasenmolekülen, durch Molekularbewegungen in Flüssigkeiten und durch Phononen in Festkörpern absorbiert. Das Wasser in der Erdatmosphäre absorbiert in diesem Bereich so stark, dass es die Atmosphäre praktisch undurchsichtig macht. Es gibt jedoch bestimmte Wellenlängenbereiche („Fenster“) innerhalb des undurchsichtigen Bereichs, die eine teilweise Transmission ermöglichen und für die Astronomie genutzt werden können. Der Wellenlängenbereich von etwa 200 μm bis zu einigen mm wird in der Astronomie oft als „Submillimeter“ bezeichnet, wobei das ferne Infrarot für Wellenlängen unter 200 μm reserviert ist.
• Mittleres Infrarot, von 30 bis 120 THz (10-2,5 μm). Heiße Objekte (Schwarzkörperstrahler) können in diesem Bereich stark strahlen, und die menschliche Haut strahlt bei normaler Körpertemperatur stark am unteren Ende dieses Bereichs. Diese Strahlung wird durch Molekülschwingungen absorbiert, bei denen die verschiedenen Atome eines Moleküls um ihre Gleichgewichtslage schwingen. Dieser Bereich wird manchmal als Fingerabdruckbereich bezeichnet, da das Absorptionsspektrum einer Verbindung im mittleren Infrarot sehr spezifisch für diese Verbindung ist.
• Nahes Infrarot, von 120 bis 400 THz (2.500-750 nm). Die physikalischen Prozesse, die für diesen Bereich relevant sind, ähneln denen des sichtbaren Lichts. Die höchsten Frequenzen in diesem Bereich können von einigen Arten von Fotofilmen und von vielen Arten von Festkörper-Bildsensoren für die Infrarot-Fotografie und -Videografie direkt erfasst werden.

Sichtbare Strahlung (Licht)
Über dem Infrarot liegt das sichtbare Licht in der Frequenz. Die Sonne emittiert ihre Spitzenleistung im sichtbaren Bereich, obwohl die Integration des gesamten Emissionsleistungsspektrums über alle Wellenlängen zeigt, dass die Sonne etwas mehr Infrarot als sichtbares Licht emittiert. Per Definition ist sichtbares Licht der Teil des EM-Spektrums, für den das menschliche Auge am empfindlichsten ist. Sichtbares Licht (und Licht im nahen Infrarot) wird in der Regel von Elektronen in Molekülen und Atomen absorbiert und emittiert, die sich von einem Energieniveau zum anderen bewegen. Dieser Vorgang ermöglicht die chemischen Mechanismen, die dem menschlichen Sehen und der pflanzlichen Photosynthese zugrunde liegen. Das Licht, das das menschliche Sehsystem anregt, ist ein sehr kleiner Teil des elektromagnetischen Spektrums. Ein Regenbogen zeigt den optischen (sichtbaren) Teil des elektromagnetischen Spektrums; infrarotes Licht (wenn man es sehen könnte) würde sich gleich hinter der roten Seite des Regenbogens befinden, während ultraviolettes Licht gleich hinter dem violetten Ende erscheint.
Elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge zwischen 380 nm und 760 nm (400-790 Terahertz) wird vom menschlichen Auge erkannt und als sichtbares Licht wahrgenommen. Andere Wellenlängen, insbesondere das nahe Infrarot (länger als 760 nm) und das Ultraviolett (kürzer als 380 nm), werden manchmal auch als Licht bezeichnet, insbesondere wenn die Sichtbarkeit für den Menschen nicht relevant ist. Weißes Licht ist eine Kombination von Licht verschiedener Wellenlängen im sichtbaren Spektrum. Lässt man weißes Licht durch ein Prisma fallen, wird es in die verschiedenen Lichtfarben des sichtbaren Spektrums zwischen 400 nm und 780 nm aufgeteilt.
Wenn Strahlung mit einer Frequenz im sichtbaren Bereich des EM-Spektrums von einem Objekt, z. B. einer Obstschale, reflektiert wird und dann auf die Augen trifft, führt dies zu einer visuellen Wahrnehmung der Szene. Das visuelle System des Gehirns verarbeitet die Vielzahl der reflektierten Frequenzen in verschiedene Schattierungen und Farbtöne, und durch dieses unzureichend verstandene psychophysikalische Phänomen nehmen die meisten Menschen eine Obstschale wahr.
Bei den meisten Wellenlängen wird die von der elektromagnetischen Strahlung übertragene Information jedoch nicht direkt von den menschlichen Sinnen erfasst. Natürliche Quellen erzeugen EM-Strahlung im gesamten Spektrum, und auch die Technik kann ein breites Spektrum an Wellenlängen manipulieren. Optische Fasern übertragen Licht, das zwar nicht unbedingt im sichtbaren Bereich des Spektrums liegt (meist ist es infrarot), aber dennoch Informationen übertragen kann. Die Modulation ist ähnlich wie bei Radiowellen.
Ultraviolette Strahlung
Die nächste Frequenz ist Ultraviolett (UV). Die Wellenlänge von UV-Strahlen ist kürzer als das violette Ende des sichtbaren Spektrums, aber länger als die von Röntgenstrahlen.
UV ist die langwelligste Strahlung, deren Photonen energiereich genug sind, um Atome zu ionisieren, Elektronen von ihnen zu trennen und so chemische Reaktionen auszulösen. Kurzwellige UV-Strahlung und die darüber liegende kurzwellige Strahlung (Röntgen- und Gammastrahlen) werden als ionisierende Strahlung bezeichnet und können lebendes Gewebe schädigen, was sie zu einem Gesundheitsrisiko macht. UV-Strahlung kann auch viele Stoffe mit sichtbarem Licht zum Leuchten bringen; dies wird als Fluoreszenz bezeichnet.
Im mittleren UV-Bereich können UV-Strahlen nicht ionisieren, aber chemische Bindungen aufbrechen und Moleküle ungewöhnlich reaktiv machen. Sonnenbrand beispielsweise wird durch die schädlichen Auswirkungen der UV-Strahlung im mittleren Bereich auf die Hautzellen verursacht, was die Hauptursache für Hautkrebs ist. UV-Strahlen im mittleren Bereich können die komplexen DNA-Moleküle in den Zellen irreparabel schädigen, indem sie Thymin-Dimere bilden, was sie zu einem sehr starken Mutagen macht.
Die Sonne sendet erhebliche UV-Strahlung aus (etwa 10 % ihrer Gesamtleistung), einschließlich extrem kurzwelliger UV-Strahlung, die das meiste Leben auf dem Land zerstören könnte (das Meerwasser würde das Leben dort etwas schützen). Die meisten der schädlichen UV-Wellenlängen der Sonne werden jedoch von der Atmosphäre absorbiert, bevor sie die Oberfläche erreichen. Die höherenergetischen (kurzwelligen) UV-Bereiche (das so genannte „Vakuum-UV“) werden von Stickstoff und, bei längeren Wellenlängen, von einfachem zweiatomigem Sauerstoff in der Luft absorbiert. Der größte Teil des UV im mittleren Energiebereich wird von der Ozonschicht blockiert, die im wichtigen Bereich von 200-315 nm stark absorbiert, dessen niedrigerer Energieanteil für den einfachen zweiatomigen Sauerstoff in der Luft zu lang ist, um ihn zu absorbieren. So verbleiben weniger als 3 % des Sonnenlichts auf Meereshöhe im UV-Bereich, wobei der gesamte Rest auf die niedrigeren Energien entfällt. Der Rest ist UV-A, zusammen mit etwas UV-B. Der niedrigste Energiebereich des UV zwischen 315 nm und dem sichtbaren Licht (UV-A genannt) wird von der Atmosphäre nicht gut blockiert, verursacht aber keinen Sonnenbrand und richtet weniger biologischen Schaden an. Es ist jedoch nicht harmlos und verursacht Sauerstoffradikale, Mutationen und Hautschäden. Weitere Informationen finden Sie unter Ultraviolett.
Röntgenstrahlen
Nach dem UV folgen die Röntgenstrahlen, die wie die oberen Bereiche des UV ebenfalls ionisierend sind. Aufgrund ihrer höheren Energien können Röntgenstrahlen jedoch auch mit Materie durch den Compton-Effekt wechselwirken. Harte Röntgenstrahlen haben kürzere Wellenlängen als weiche Röntgenstrahlen, und da sie viele Stoffe mit geringer Absorption durchdringen können, können sie dazu verwendet werden, durch Objekte mit einer Dicke von weniger als ein paar Metern Wasser zu „sehen“. Eine bemerkenswerte Anwendung ist die Röntgendiagnostik in der Medizin (ein Verfahren, das als Radiographie bekannt ist). Röntgenstrahlen sind nützlich als Sonden in der Hochenergiephysik. In der Astronomie emittieren die Akkretionsscheiben um Neutronensterne und Schwarze Löcher Röntgenstrahlen, was die Untersuchung dieser Phänomene ermöglicht. Röntgenstrahlung wird auch von den Koronen von Sternen ausgesandt und wird von einigen Nebeltypen stark emittiert. Röntgenteleskope müssen jedoch außerhalb der Erdatmosphäre aufgestellt werden, um astronomische Röntgenstrahlen zu sehen, da die Erdatmosphäre in ihrer großen Tiefe für Röntgenstrahlen undurchlässig ist (mit einer Flächendichte von 1000 Gramm pro cm2), was einer Dicke von 10 Metern Wasser entspricht. Diese Menge reicht aus, um fast alle astronomischen Röntgenstrahlen (und auch die astronomischen Gammastrahlen – siehe unten) zu blockieren.
Gammastrahlen
Nach den harten Röntgenstrahlen kommen die Gammastrahlen, die von Paul Ulrich Villard im Jahr 1900 entdeckt wurden. Sie sind die energiereichsten Photonen und haben keine definierte untere Grenze für ihre Wellenlänge. In der Astronomie sind sie für die Untersuchung von hochenergetischen Objekten oder Regionen wertvoll, aber wie bei den Röntgenstrahlen kann dies nur mit Teleskopen außerhalb der Erdatmosphäre geschehen. Gammastrahlen werden von Physikern wegen ihrer Durchdringungsfähigkeit experimentell genutzt und von einer Reihe von Radioisotopen erzeugt. Sie werden für die Bestrahlung von Lebensmitteln und Saatgut zur Sterilisierung verwendet, und in der Medizin werden sie gelegentlich in der Strahlenkrebstherapie eingesetzt. Am häufigsten werden Gammastrahlen für die diagnostische Bildgebung in der Nuklearmedizin verwendet, z. B. bei PET-Scans. Die Wellenlänge von Gammastrahlen kann durch die Compton-Streuung mit hoher Genauigkeit gemessen werden.
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Von Youtube
Von der NASA

Wikimedia Commons hat Medien zum Thema Elektromagnetisches Spektrum.

• UnwantedEmissions.com (U.S. radio spectrum allocations resource)
• Australian Radiofrequency Spectrum Allocations Chart (from Australian Communications and Media Authority)
• Canadian Table of Frequency Allocations (from Industry Canada)
• U.S. Frequency Allocation Chart – Covering the range 3 kHz to 300 GHz (from Department of Commerce)
• UK frequency allocation table (from Ofcom, which inherited the Radiocommunications Agency’s duties, pdf format)
• Flash EM Spectrum Presentation / Tool – Very complete and customizable.
• Wie man das Farbspektrum wiedergibt / Code – Nur ungefähr richtig.
• Poster „Electromagnetic Radiation Spectrum“ (992 kB)
• Electromagnetic Spectrum presentation
• Electromagnetic Spectrum Strategy: Ein Aufruf zum Handeln U.S. Department of Defense