يتكون الطيف الكهرومغناطيسي من مجموعة من الأمواج تختلف في أطوالها وتردداتها، ولكن أولا دعنا نتعرف على بعض المعلومات، قد تعتقد أن العالم هو في الأساس ما يمكنك رؤيته أمامك، ولكن فكر للحظة وستدرك أن هذا ليس صحيحا، عندما تغمض عينيك لا يتوقف العالم عن الوجود لمجرد عدم وجود ضوء للرؤية، وإذا كنت أفعى أو بومة، يمكنك أن ترى جيدا في الليل، وفكر بشكل جانبي، ماذا لو كنت رادارا مثبتا على متن طائرة ؟
يمكنك مساعدة الطيارين على الرؤية في الظلام أو عند سوء الأحوال الجوية عن طريق الكشف عن موجات الراديو المنعكسة، وإذا كنت كاميرا حساسة للأشعة السينية يمكنك أن ترى حتى من خلال الأجسام أو المباني، والضوء الذي يمكننا رؤيته هو جزء واحد فقط من جميع الطاقات الكهربائية والمغناطيسية حول العالم، وتعمل الموجات الراديوية والأشعة السينية وأشعة جاما والموجات الدقيقة بطريقة مشابهة جدا، ومعا تسمى هذه طاقة الطيف الكهرومغناطيسي، فدعونا نلقي نظرة فاحصة على ما يعنيه ذلك.
ما هو الإشعاع الكهرومغناطيسي ؟
تسمى موجات الضوء وأنواع الطاقة الأخرى التي تشع من حيث إنتاجها بالإشعاع الكهرومغناطيسي، ومعا، يشكلون ما يعرف بالطيف الكهرومغناطيسي، ويمكن لأعيننا أن ترى جزءا محدودا فقط من الطيف الكهرومغناطيسي، فقوس قزح الملون نراه في الأيام الممطرة المشمسة، وهو جزء صغير للغاية من الإشعاع الكهرومغناطيسي الذي ينطلق عبر عالمنا، ونسميه الطاقة حيث يمكننا أن نرى الضوء المرئي، ومثل موجات الراديو والموجات الدقيقة وكل ما تبقى فهي تتكون من موجات كهرومغناطيسية.
وهذه أنماط صعود وهبوط على شكل موجة من الكهرباء والمغناطيسية تتسابق على طول الزوايا القائمة مع بعضها البعض بسرعة الضوء (300000 كم في الثانية أو 186000 ميل في الثانية وهي سريعة بما يكفي للذهاب 400 مرة حول العالم في دقيقة)، والضوء الذي يمكننا رؤيته يمتد في طيف من الأحمر (أدنى تردد وأطول طول موجي للضوء يمكن لأعيننا تسجيله) من خلال البرتقالي والأصفر والأخضر والأزرق والنيلي إلى البنفسجي (أعلى تردد وأقصر طول موجة يمكننا رؤيته).
ما أنواع الطاقة التي تكون الطيف الكهرومغناطيسي؟
ما هي الأنواع الأخرى من الإشعاع الكهرومغناطيسي التي تصدرها الأجسام؟ فيما يلي عدد قليل منها، تراوحت بالترتيب من أطول طول موجي إلى الأقصر.
* موجات الراديو: إذا استطاعت أعيننا رؤية موجات الراديو فيمكننا (نظريا) مشاهدة البرامج التلفزيونية بمجرد التحديق في السماء، ليس جيدا حقا لكنها فكرة جميلة، والحجم النموذجي 30 سم - 500 م، وتغطي موجات الراديو نطاقا ضخما من الترددات، وتتراوح أطوالها الموجية من عشرات السنتيمترات للموجات عالية التردد إلى مئات الأمتار (طول مسار ألعاب القوى) للموجات ذات التردد المنخفض، وهذا ببساطة لأن أي موجة كهرومغناطيسية أطول من الميكروويف تسمى موجة راديوية.
* الموجات الدقيقة: من الواضح أنها تستخدم للطبخ في أفران الميكروويف، ولكن أيضا لنقل المعلومات في أجهزة الرادار، والموجات الدقيقة تشبه الموجات اللاسلكية ذات الموجات القصيرة، والحجم النموذجي 15 سم (طول قلم رصاص).
* الأشعة تحت الحمراء: بعيدا عن الضوء الأحمر الذي يمكننا رؤيته بتردد أقصر قليلا، هناك نوع من الضوء الساخن غير المرئي يسمى الأشعة تحت الحمراء، وعلى الرغم من أننا لا نستطيع رؤيته إلا أنه يمكننا أن نشعر أنه يسخن جلدنا عندما يضرب وجهنا هذا ما نعتقد أنه حرارة مشعة، وإذا استطعنا مثل الأفعى الجرسية رؤية الأشعة تحت الحمراء فسيكون الأمر أشبه بوجود عدسات للرؤية الليلية مدمجة في رؤوسنا، والحجم النموذجي 0.01 مم (طول الخلية).
* الضوء المرئي: الضوء الذي يمكننا رؤيته هو شريحة صغيرة في وسط الطيف، والحجم النموذجي 550 نانومتر (حجم الأميبا الصغيرة).
* الأشعة فوق البنفسجية: هذا هو نوع من الضوء الأزرق وراء الضوء البنفسجي الأعلى ترددا الذي يمكن لأعيننا اكتشافه، تنقل الشمس أشعة فوق بنفسجية قوية لا يمكننا رؤيتها، ولهذا السبب يمكن أن تصاب بحروق الشمس حتى عندما تسبح في البحر أو في الأيام الملبدة بالغيوم، والحجم النموذجي 500 نانومتر (عرض البكتيريا النموذجية).
* الأشعة السينية: نوع مفيد للغاية من الموجات عالية الطاقة المستخدمة على نطاق واسع في الطب والأمن، والحجم النموذجي 0.1 نانومتر (عرض الذرة).
* أشعة جاما: هذه هي أكثر أشكال الموجات الكهرومغناطيسية نشاطا وخطورة، وأشعة جاما هي نوع من الإشعاع الضار، والحجم النموذجي 0.000001 نانومتر (عرض النواة الذرية).
ما هو الطيف الكهرومغناطيسي :
إن أنواع الإشعاع الكهرومغناطيسي المختلفة هي في الأساس نفس الأشياء مثل الضوء فهي أشكال من الطاقة تسير في خطوط مستقيمة بسرعة الضوء (300000 كم أو 186000 ميل في الثانية)، وعندما تتذبذب الإهتزازات الكهربائية والمغناطيسية من جانب إلى آخر، معا نشير إلى هذه الأشكال من الطاقة بإسم الطيف الكهرومغناطيسي، ويمكنك التفكير فيه كنوع من الطيف الكبير للغاية الذي يمتد على جانبي الطيف الأصغر الذي يمكننا رؤيته بالفعل (قوس قزح من ألوان الضوء)، وهناك العديد من صور الطيف الكهرومغناطيسي المتاحة على الإنترنت.
من اكتشف الطيف الكهرومغناطيسي ؟
حتى القرن التاسع عشر اعتقد العلماء أن الكهرباء والمغناطيسية أمور منفصلة تماما، وبعد ذلك، وبعد سلسلة من التجارب المذهلة، أصبح من الواضح أنها مرتبطة ببعضها البعض بشكل وثيق، والكهرباء يمكن أن تسبب المغناطيسية والعكس بالعكس، وفي حوالي عام 1819/1820 أظهر فيزيائي دنمركي يدعى هانز كريستيان أورستد (1777–1851) أن سلكا كهربائيا سيخلق نمطا من المغناطيسية حوله، وبعد نحو عقد أثبت الكيميائي الإنجليزي مايكل فاراداي (1791–1867) أن العكس يمكن أن يحدث أيضا ويمكنك استخدام المغناطيسية لتوليد الكهرباء وهو ما دفعه إلى تطوير المحركات الكهربائية ومولدات الكهرباء التي تشغل عالمنا الآن.
بفضل العمل الرائد لأشخاص مثل هؤلاء، تمكن عالم آخر جيمس كلارك ماكسويل (1831-1879) من التوصل إلى نظرية واحدة تشرح الكهرباء والمغناطيسية، ولخص ماكسويل كل شيء اكتشفه الناس في أربع معادلات بسيطة لإنتاج نظرية رائعة للكهرومغناطيسية والتي نشرها عام 1873، وأدرك أن الكهرومغناطيسية يمكن أن تنتقل في شكل موجات بسرعة الضوء وخلص إلى أن الضوء نفسه يجب أن يكون نوع من الموجات الكهرومغناطيسية، وبعد حوالي عقد من وفاة ماكسويل أصبح فيزيائي ألماني لامع يدعى هاينريش هيرتز (1857-1894) أول شخص ينتج موجات كهرومغناطيسية في المختبر، وأدى هذا العمل إلى تطوير الراديو والتليفزيون ومؤخرا أشياء مثل الإنترنت اللاسلكي.
كيف يمكننا رؤية أجزاء أخرى من الطيف ؟
تلتقط أعيننا الضوء من شريحة صغيرة واحدة فقط من الطيف ولكن الكون يحتوي على الأنواع الأخرى من الإشعاع، وإذا أردنا رؤية ما وراء الحدود الكهرومغناطيسية لأعيننا فيمكننا استخدام التلسكوبات المضبوطة إلى أطوال موجية أعلى أو أقل، ويستخدم الفلكيون جميع أنواع التلسكوبات بعضها على الأرض وبعضها في الفضاء لجمع المعلومات عن الأجسام البعيدة من الإشعاع الكهرومغناطيسي الذي يطلقونه.
