Elektromagnetisch spectrum

Leerdoelen

•Je kunt beschrijven hoe waarnemingen aan het heelal vanaf de aarde en vanuit de ruimte worden verricht.

•Je kunt de drie soorten telescopen benoemen die worden gebruikt voor waarnemingen aan het heelal en hun globale werking uitleggen.

•Je kunt de toepassingen benoemen van de volgende soorten elektromagnetische straling: gammastraling, röntgenstraling, ultravioletstraling, zichtbaar licht, infrarood, microgolven en radiogolven.

Het elektromagnetisch spectrum

Het elektromagnetisch spectrum is een verzameling van alle elektromagnetische straling die zich met de snelheid van het licht voortplant. Deze straling bestaat uit verschillende elektromagnetische golven. De snelheid van het licht\left(c\right)in vacuüm is constant, namelijk3\cdot10^8\text{ m/s}3\cdot10^83\cdot10^83\cdot10^83\cdot10^83\cdot10^83\cdot10^83\cdot10^83\cdot10^83\cdot10^83\cdot10^83\cdot10^8. Deze snelheid hangt samen met de golflengte en frequentie van de straling volgens de formule:.

Waarbij:

•de snelheid van het licht is\left(3\cdot10^8\text{ m/s}\right)

•(lambda) de golflengte is in meters

•de frequentie is in Hertz (Hz)

Deze formule toont aan dat als de golflengte groter is, de frequentie kleiner moet zijn, en andersom, omdatconstant is.

Het zichtbare lichtspectrum is het deel van het elektromagnetisch spectrum dat door het menselijk oog kan worden waargenomen. Dit is wat je ziet wanneer wit licht, bijvoorbeeld van de zon, door een prisma valt en uitwaaiert in de kleuren van de regenboog.

In Binas kun je een gedetailleerd overzicht vinden van het elektromagnetisch spectrum.

Toepassingen van elektromagnetische straling

De verschillende soorten elektromagnetische golven hebben elk hun eigen unieke toepassingen:

•Radiogolven: worden gebruikt voor de radio.

•Microgolven: bekend van de magnetron en voor radar.

•Infrarood: te vinden in afstandsbedieningen.

•Zichtbaar licht: komt van je televisie en stelt ons in staat om te zien.

•Ultravioletstraling (UV): gebruikt in zonnebanken om bruin te worden.

•Röntgenstraling: wordt gebruikt voor het maken van röntgenfoto's.

•Gammastraling: toegepast in de nucleaire geneeskunde voor het bestralen van bijvoorbeeld tumoren.

Waarnemingen aan het heelal

Waarnemingen aan het heelal worden zowel vanaf de aarde als vanuit de ruimte verricht. Een belangrijke factor hierbij is de aardatmosfeer. Wanneer elektromagnetische straling uit de ruimte de aardatmosfeer bereikt, wordt een groot deel van deze straling geabsorbeerd door de deeltjes in de atmosfeer. Dit betekent dat veel soorten straling het aardoppervlak niet kunnen bereiken.

Er zijn echter twee 'gaten' of 'vensters' in de absorptie van de aardatmosfeer, waar straling grotendeels wel doorheen kan:

1.Radiogolven: Deze kunnen grotendeels de atmosfeer passeren en worden daarom vanaf de aarde waargenomen met radiotelescopen.

2.Zichtbaar licht: Ook zichtbaar licht bereikt het aardoppervlak, waardoor we het met onze ogen en optische telescopen kunnen waarnemen.

Voor alle andere soorten elektromagnetische golven, zoals gammastraling, röntgenstraling, UV en een groot deel van infrarood en microgolven, moet je de ruimte in om ze goed te kunnen waarnemen.

Soorten telescopen

Om het heelal te bestuderen, maken we gebruik van verschillende soorten telescopen, afhankelijk van het type straling dat we willen waarnemen.

Optische telescoop

De optische telescoop maakt gebruik van zichtbaar licht. Dit waren de eerste telescopen, die in principe geavanceerde verrekijkers zijn.

Voordelen:

•Eenvoudig in gebruik.

Nadelen:

•Vereist spiegels of lenzen van zeer hoge kwaliteit. Grote telescopen moeten hierdoor beschermd worden, vaak in een koepel.

•Om diep in de ruimte te kijken, moeten telescopen zeer groot zijn om veel licht op te vangen. Hoe groter de telescoop, hoe meer licht deze kan ontvangen.

•Ze hebben snel last van lucht- en lichtvervuiling. Daarom worden professionele optische telescopen vaak hoog op bergen rond de evenaar geplaatst, weg van steden.

Er zijn twee hoofdtypes optische telescopen.

Lenzen- of refractortelescoop

Een lenzen- of refractor-telescoop bestaat uit twee lenzen. Hoe langer de kijker, hoe groter het beeld. Het licht valt door de eerste lens, wordt gebundeld op een punt en passeert vervolgens een tweede lens voordat het de telescoop verlaat.

Spiegel- of reflectortelescoop

Een spiegel- of reflectortelescoop bestaat uit twee spiegels. Het licht komt van links binnen, wordt door een spiegel weerkaatst en gaat dan via een andere spiegel de telescoop uit, waarna je het met je oog door een lens kunt bekijken.

Radiotelescoop

Radiotelescopen zijn ontworpen om radiogolven uit de ruimte op te vangen. Ze zijn vaak gigantisch van omvang, zoals de exemplaren bij Westerbork in Nederland. Radiogolven hebben zeer grote golflengtes. Een grote schotel is nodig om deze lange golven effectief op te vangen. De golven worden door de schotel weerkaatst en samengebracht in een focuspunt, waar ze worden waargenomen en opgeslagen. Vervolgens kunnen computers deze signalen analyseren.

Voordelen:

•Metingen kunnen dag en nacht doorgaan, omdat radiogolven niet gehinderd worden door bewolking of daglicht.

•Door signalen van meerdere telescopen te combineren (interferometrie), functioneren ze als één grote, virtuele telescoop waarmee je met een veel hogere resolutie zeer ver het heelal in kunt kijken.

Nadelen:

•Er zijn hele grote telescopen nodig.

•Het verwerken van de complexe radiosignalen is ingewikkeld.

Ruimtetelescoop

Een ruimtetelescoop bevindt zich in de ruimte, buiten de storende invloed van de aardatmosfeer.

Voordelen:

•Kan alle soorten elektromagnetische straling waarnemen, omdat er geen last is van de absorptie door de aardatmosfeer.

•Biedt een helder en onvervormd beeld zonder atmosferische verstoringen.

Nadelen:

•Extreem duur om te lanceren en te bouwen.

•Onderhoud is erg lastig en kostbaar zodra de telescoop in de ruimte is.

•De omvang van de spiegels is beperkt door de beschikbare lanceringscapaciteit.

Posities van ruimtetelescopen

Ruimtetelescopen kunnen op verschillende plekken worden geplaatst:

•In een baan om de aarde (zoals de Hubble-ruimtetelescoop).

•Op Lagrange-punten: Dit zijn posities in de ruimte waar de zwaartekracht van twee grote objecten (zoals de aarde en de zon) elkaar opheft, waardoor een kleiner object (de telescoop) relatief stabiel kan blijven.

•L1: Dit punt bevindt zich tussen de aarde en de zon. Een telescoop hier draait mee met de aarde rond de zon en kan continu de zon observeren.

•L2: Dit punt bevindt zich achter de aarde ten opzichte van de zon. Deze positie is ideaal voor waarnemingen van het diepe heelal, omdat de aarde de telescoop afschermt van het storende licht van de zon, wat ideaal is voor infraroodwaarnemingen van verre objecten (zoals de James Webb Space Telescope).

•L3: Dit punt bevindt zich aan de overkant van de zon, direct tegenover de aarde. Vanuit dit punt kun je een heel ander deel van het heelal waarnemen dan vanaf de aarde.

•L4 en L5: Deze punten liggen 60 graden voor en achter de aarde in zijn baan.

De Melkweg in verschillende golflengtes

De Melkweg, ons eigen sterrenstelsel, ziet er heel anders uit, afhankelijk van welke golflengte van het elektromagnetisch spectrum je gebruikt om ernaar te kijken.

In optisch licht zien we bijvoorbeeld veel sterren en donkere stofwolken. Door op andere golflengtes te kijken, zoals infrarood, worden structuren zichtbaar (zoals gaswolken, stervormingsgebieden of de galactische schijf) die in zichtbaar licht verborgen blijven achter stofwolken.