Pamiętaj, że kiedy słuchasz radia, oglądasz telewizję lub gotujesz obiad w kuchence mikrofalowej, używasz fal elektromagnetycznych. Fale radiowe, fale telewizyjne i mikrofale są wszystkimi rodzajami fal elektromagnetycznych. Różnią się one od siebie jedynie długością fali. Fale w spektrum elektromagnetycznym różnią się wielkością, od bardzo długich fal radiowych wielkości budynków, do bardzo krótkich promieni gamma mniejszych niż rozmiar jądra atomu. Widmo elektromagnetyczne obejmuje promieniowanie rentgenowskie.
Jak długość fali światła maleje, wzrasta ich energia. Promieniowanie rentgenowskie ma mniejszą długość fali, a zatem wyższą energię. Zwykle mówimy o promieniowaniu rentgenowskim w kategoriach jego energii, a nie długości fali. Jest to częściowo spowodowane tym, że promienie X mają bardzo małą długość fali!
Promienie X zostały po raz pierwszy odkryte w 1895 r. przez Wilhelma Conrada Roentgena, niemieckiego naukowca, który znalazł je całkiem przypadkowo.
Zrobił on zdjęcie rentgenowskie ręki swojej żony, na którym wyraźnie było widać jej obrączkę i kości. Zdjęcie to zelektryzowało opinię publiczną i wzbudziło wielkie zainteresowanie naukowców nową formą promieniowania. Roentgen nazwał je „X”, aby wskazać, że jest to nieznany rodzaj promieniowania.
Atmosfera Ziemi jest na tyle gruba, że praktycznie żadne promienie X nie są w stanie przedostać się z kosmosu aż do powierzchni Ziemi. Jest to dobre dla nas, ale również złe dla astronomii – musimy umieszczać teleskopy i detektory promieniowania rentgenowskiego na satelitach! Nie możemy uprawiać astronomii rentgenowskiej z ziemi.
Jak „widzimy” za pomocą światła rentgenowskiego?
Jak by to było widzieć promienie rentgenowskie? Cóż, nie bylibyśmy w stanie widzieć przez ludzkie ubrania, bez względu na to, co mówią nam reklamy okularów rentgenowskich! Gdybyśmy mogli widzieć promienie rentgenowskie, moglibyśmy widzieć rzeczy, które albo wydzielają promienie rentgenowskie, albo zatrzymują ich transmisję. Nasze oczy byłyby jak klisze rentgenowskie używane w szpitalach i gabinetach dentystycznych. Klisza rentgenowska „widzi” promienie rentgenowskie, takie jak te, które przechodzą przez skórę. Widzi również cienie pozostawione przez rzeczy, przez które promienie rentgenowskie nie mogą przechodzić (jak kości czy metal).
Gdy w szpitalu robi się zdjęcie rentgenowskie, na jednej stronie ciała umieszcza się film wrażliwy na promieniowanie rentgenowskie, a promienie rentgenowskie przechodzą przez ciebie. U dentysty film jest umieszczany wewnątrz jamy ustnej, po jednej stronie zębów, a promienie rentgenowskie są wysyłane przez szczękę, tak jak na tym zdjęciu. To w ogóle nie boli – nie czujesz promieniowania rentgenowskiego.
Ponieważ kości i zęby są gęste i pochłaniają więcej promieniowania rentgenowskiego niż skóra, na kliszy rentgenowskiej pozostają sylwetki kości lub zębów, podczas gdy skóra wydaje się przezroczysta. Metal pochłania jeszcze więcej promieniowania rentgenowskiego – czy można zobaczyć wypełnienie na zdjęciu zęba
Gdy słońce świeci na nas pod pewnym kątem, nasz cień jest rzucany na ziemię. Podobnie, gdy świeci na nas światło rentgenowskie, przechodzi ono przez naszą skórę, ale pozwala cieniom naszych kości zostać rzuconym na kliszę i uchwyconym przez nią.
To jest zdjęcie rentgenowskie jednorocznej dziewczynki. Czy widać cień tego, co połknęła?
Zdjęcie rentgenowskie 1-rocznej dziewczynki przedstawiające szpilkę, którą połknęła
Satelity z detektorami promieniowania rentgenowskiego wykorzystujemy do astronomii rentgenowskiej. W astronomii rzeczy, które emitują promieniowanie rentgenowskie (jak czarne dziury) są jak aparat rentgenowski u dentysty, a detektor na satelicie jest jak klisza rentgenowska.
Co pokazuje nam światło rentgenowskie?
Wiele rzeczy w kosmosie emituje promieniowanie rentgenowskie, wśród nich czarne dziury, gwiazdy neutronowe, układy podwójne gwiazd, pozostałości po supernowych, gwiazdy, Słońce, a nawet niektóre komety!
Ziemia świeci w wielu rodzajach światła, w tym w energetycznym paśmie rentgenowskim. W rzeczywistości sama Ziemia nie świeci – tylko zorze produkowane wysoko w ziemskiej atmosferze. Zorze te są powodowane przez naładowane cząstki pochodzące ze Słońca.
Rentgenowskie zdjęcie Ziemi (Credit: Polar, PIXIE, NASA)
Po lewej stronie znajduje się pierwsze zdjęcie Ziemi w promieniach X, wykonane w marcu 1996 roku przez orbitującego satelitę Polar. Obszar najjaśniejszej emisji promieniowania X jest czerwony. Energetyczne naładowane cząstki ze Słońca, które powodują zorze, energetyzują również elektrony w ziemskiej magnetosferze. Elektrony te poruszają się wzdłuż ziemskiego pola magnetycznego i w końcu uderzają w ziemską jonosferę, powodując emisję promieniowania rentgenowskiego. Te promienie X nie są niebezpieczne, ponieważ są pochłaniane przez niższe części atmosfery ziemskiej.
Wiele rzeczy w głębokiej przestrzeni kosmicznej emituje promienie X. Wiele gwiazd znajduje się w układach podwójnych – co oznacza, że dwie gwiazdy krążą wokół siebie. Kiedy jedna z tych gwiazd jest czarną dziurą lub gwiazdą neutronową, materia jest wyciągana z normalnej gwiazdy. Materiał ten wpada do czarnej dziury lub gwiazdy neutronowej i nagrzewa się do bardzo wysokiej temperatury. Gdy coś jest podgrzane do ponad miliona stopni, emituje promieniowanie rentgenowskie
Dowiedz się więcej o promieniowaniu rentgenowskim!