Энергия = свет = излучение = температура? / Космическая наука / Наша деятельность / ЕКА

  1. Энергия = свет = излучение = температура? Иногда мы используем термин «излучение», когда имеем в виду «свет», и наоборот. Фактически видимый «свет» - это форма излучения, которую можно определить как энергию, которая распространяется в форме электромагнитных волн. Его также можно описать как поток частиц-волновых пакетов, называемых фотонами, которые постоянно движутся со скоростью света (около 300 000 километров в секунду). Излучение, электромагнитные волны и фотоны - это просто «свет». Как мы можем описать свет?
  2. Видимый свет
  3. Свет и энергия
  4. Свет и температура
  5. CMB также легкий

Энергия = свет = излучение = температура?

Иногда мы используем термин «излучение», когда имеем в виду «свет», и наоборот. Фактически видимый «свет» - это форма излучения, которую можно определить как энергию, которая распространяется в форме электромагнитных волн. Его также можно описать как поток частиц-волновых пакетов, называемых фотонами, которые постоянно движутся со скоростью света (около 300 000 километров в секунду). Излучение, электромагнитные волны и фотоны - это просто «свет».

Как мы можем описать свет?

Большинство из нас описывает свет с точки зрения его яркости и цвета. Однако физики должны быть более точными и использовать аналогичные термины «интенсивность» и «длина волны». Что касается первого слагаемого, то это точный способ выразить, сколько энергии можно извлечь из данной группы фотонов; концептуально это так же, как яркость.

Второй член, длина волны более интересна. Если вы начинаете думать о свете в терминах волн, вы также можете подумать о том, чтобы связать его с временной или временной шкалой: подумайте о волнах на пляже, где гребни волн бьют по пляжу одна за другой. Длина волны - это расстояние между последовательными гребнями, а частота - это количество гребней, ударяющихся о пляж каждую секунду. Точно так же для света, с той лишь разницей, что вместо воды мы говорим об электромагнитной энергии.

Видимый свет

Небо, как оно появляется на микроволновых длинах волн

Оказывается, человеческий глаз настроен (эволюционным путем) на обнаружение света, излучаемого Солнцем - то, что мы называем «видимым светом».

Фактически почти все, что мы видим, - это свет, который изначально исходил от Солнца и отражался от какого-то другого объекта вокруг нас.

Солнце излучает в основном желтый свет, но вокруг него мы видим небольшой диапазон цветов, начиная от синего, желтого и заканчивая красным. С каждым цветом связана длина волны, например, синий свет соответствует примерно одной трети миллионной доли метра, а красный - примерно вдвое.

Смысл думать о длинах волн, а не о цветах, состоит в том, что теперь вы можете распространить идею на любой размер волны, вместо того, чтобы придерживаться тех, которые мы видим. Например, радиоволна - это свет с длиной волны около одного метра или в миллион раз больше, чем видимый красный цвет. Рентгеновские лучи - это свет с длиной волны, примерно в пять тысяч раз короче синего. Когда мы объединяем все возможные длины волн, мы называем это «электромагнитным спектром», и становится ясно, что видимый свет - это лишь малая его часть.


Свет и энергия

Каждая длина волны также может быть связана с частотой; между ними существует простая связь, и иногда удобнее говорить о длине волны, а в других случаях удобнее говорить о частоте. Свет также может быть связан с энергией, а также существует простое соотношение энергии и длины волны. Чем длиннее длина волны, тем меньше энергии и наоборот. Видимый свет менее энергичен, чем, скажем, ультрафиолетовый свет или рентгеновские лучи, и более энергичен, чем инфракрасное излучение или радиоволны. Это не влияет на скорость, с которой они распространяются - это всегда скорость света.

Свет и температура

Весь свет во Вселенной излучается (излучается) чем-то. Длина волны испускаемого света часто очень тесно зависит от температуры объекта, который его излучает. Например, желтый цвет Солнца характерен для температуры его поверхности около 6000 ° C. Это связь между излучением и температурой, и астрономы научились использовать ее очень эффективно: наблюдая, на какой длине волны объект излучает свет, мы можем точно сказать, какова его температура!

CMB также легкий

Космический микроволновый фон (CMB) также испускался объектом - очень горячей плазмой, которая заполняла Вселенную во время рекомбинации. Температура плазмы в это время составляла около 3000 ° С, что соответствует довольно красному (видимому) свету. Однако с того времени Вселенная расширилась примерно в 1000 раз, и ее длина волны вышла за пределы способности наших глаз обнаружить ее. Сегодня CMB выглядит так, как если бы он излучался плазмой при температуре около 2,7 Кельвина (-270 ° C).

Длина волны, соответствующая этим температурам, попадает в микроволновый диапазон или несколько миллиметров. Фактически, наши телевизоры здесь, на Земле, которые также работают на аналогичных длинах волн, способны обнаруживать CMB: около 1% шума, который вы видите на экране телевизора при настройке на пустой канал, на самом деле соответствует фотонам CMB!