Espectro electromagnético
El espectro electromagnético es el rango de frecuencias (el espectro) de la radiación electromagnética y sus respectivas longitudes de onda y energías de fotones.
El espectro electromagnético cubre ondas electromagnéticas con frecuencias que van desde menos de un hercio a más de 1025 hercios, que corresponden a longitudes de onda desde miles de kilómetros hasta una fracción del tamaño de un núcleo atómico. Este rango de frecuencia se divide en bandas separadas, y las ondas electromagnéticas dentro de cada banda de frecuencia reciben diferentes nombres; comenzando en el extremo de baja frecuencia (longitud de onda larga) del espectro, estas son: ondas de radio, microondas, infrarrojo, luz visible, ultravioleta, rayos X y rayos gamma en el extremo de alta frecuencia (longitud de onda corta). Las ondas electromagnéticas en cada una de estas bandas tienen diferentes características, tales como cómo se producen, cómo interactúan con la materia y sus aplicaciones prácticas. El límite para longitudes de onda largas es el tamaño del universo en sí, mientras que se cree que el límite de longitud de onda corta está cerca de la longitud de Planck. Los rayos gamma, los rayos X y el ultravioleta alto se clasifican como radiación ionizante ya que sus fotones tienen suficiente energía para ionizar átomos, lo que provoca reacciones químicas. La exposición a estos rayos puede ser un peligro para la salud, causando enfermedad por radiación, daño al ADN y cáncer. La radiación de longitudes de onda de luz visible y menor se llama radiación no ionizante ya que no pueden causar estos efectos.
En la mayoría de las bandas de frecuencias anteriores, se puede usar una técnica llamada espectroscopia para separar físicamente ondas de diferentes frecuencias, produciendo un espectro que muestra las frecuencias constituyentes. La espectroscopia se usa para estudiar las interacciones de las ondas electromagnéticas con la materia. Otros usos tecnológicos se describen bajo radiación electromagnética.
Historia del descubrimiento del espectro electromagnético
Durante la mayor parte de la historia, la luz visible era la única parte conocida del espectro electromagnético. Los antiguos griegos reconocieron que la luz viajaba en línea recta y estudiaban algunas de sus propiedades, incluida la reflexión y la refracción. El estudio de la luz continuó, y durante los siglos XVI y XVII, las teorías en conflicto consideraron la luz como una onda o una partícula.
El primer descubrimiento de radiación electromagnética distinta de la luz visible se produjo en 1800, cuando William Herschel descubrió la radiación infrarroja. Estaba estudiando la temperatura de diferentes colores moviendo un termómetro a través de la luz dividida por un prisma. Notó que la temperatura más alta estaba más allá del rojo. Él teorizó que este cambio de temperatura se debía a los «rayos caloríficos» que eran un tipo de rayo de luz que no se podía ver.
Al año siguiente, Johann Ritter, trabajando en el otro extremo del espectro, notó lo que llamó «rayos químicos» (rayos de luz invisibles que indujeron ciertas reacciones químicas). Estos se comportaron de manera similar a los rayos de luz violeta visibles, pero estaban más allá de ellos en el espectro. Más tarde fueron renombrados como radiación ultravioleta.
La radiación electromagnética se relacionó primero con el electromagnetismo en 1845, cuando Michael Faraday notó que la polarización de la luz que viajaba a través de un material transparente respondía a un campo magnético (ver efecto Faraday). Durante la década de 1860 James Maxwell desarrolló cuatro ecuaciones diferenciales parciales para el campo electromagnético. Dos de estas ecuaciones predijeron la posibilidad y el comportamiento de las ondas en el campo. Analizando la velocidad de estas ondas teóricas, Maxwell se dio cuenta de que debían viajar a una velocidad que era aproximadamente la velocidad conocida de la luz. Esta asombrosa coincidencia en el valor llevó a Maxwell a hacer la inferencia de que la luz misma es un tipo de onda electromagnética.
Las ecuaciones de Maxwell predijeron un número infinito de frecuencias de ondas electromagnéticas, todas viajando a la velocidad de la luz. Esta fue la primera indicación de la existencia de todo el espectro electromagnético.
Las ondas predichas de Maxwell incluyeron ondas a muy bajas frecuencias en comparación con el infrarrojo, que en teoría podría ser creado por cargas oscilantes en un circuito eléctrico ordinario de un cierto tipo. Intentando probar las ecuaciones de Maxwell y detectar dicha radiación electromagnética de baja frecuencia, en 1886 el físico Heinrich Hertz construyó un aparato para generar y detectar lo que ahora se llaman ondas de radio. Hertz encontró las olas y fue capaz de inferir (midiendo su longitud de onda y multiplicándola por su frecuencia) que viajaban a la velocidad de la luz. Hertz también demostró que la nueva radiación podría ser reflejada y refractada por varios medios dieléctricos, de la misma manera que la luz. Por ejemplo, Hertz pudo enfocar las ondas usando una lente hecha de resina de árbol. En un experimento posterior, Hertz produjo y midió de manera similar las propiedades de las microondas. Estos nuevos tipos de olas allanaron el camino para invenciones tales como el telégrafo inalámbrico y la radio.
En 1895, Wilhelm Röntgen notó un nuevo tipo de radiación emitida durante un experimento con un tubo de vacío sometido a un alto voltaje. Llamó a estas radiaciones rayos X y descubrió que podían viajar a través de partes del cuerpo humano pero se reflejaban o detenían por una materia más densa como los huesos. En poco tiempo, se encontraron muchos usos para ellos en el campo de la medicina.
La última parte del espectro electromagnético se completó con el descubrimiento de los rayos gamma. En 1900, Paul Villard estudiaba las emisiones radiactivas de radio cuando identificó un nuevo tipo de radiación que en un principio pensó que consistía en partículas similares a las partículas alfa y beta conocidas, pero con el poder de ser mucho más penetrantes que cualquiera de las dos. Sin embargo, en 1910, el físico británico William Henry Bragg demostró que los rayos gamma son radiación electromagnética, no partículas, y en 1914, Ernest Rutherford (que los llamó rayos gamma en 1903 cuando se dio cuenta de que eran fundamentalmente diferentes de las partículas alfa y beta cargadas ) y Edward Andrade midieron sus longitudes de onda, y encontraron que los rayos gamma eran similares a los rayos X, pero con longitudes de onda más cortas y frecuencias más altas.
Rango del espectro
Las ondas electromagnéticas se describen típicamente por cualquiera de las siguientes tres propiedades físicas: la frecuencia f, la longitud de onda λ o la energía del fotón E. Las frecuencias observadas en la astronomía oscilan entre 2,4 × 1023 Hz (rayos gamma 1 GeV) hasta la frecuencia de plasma local del medio interestelar ionizado (~ 1 kHz). La longitud de onda es inversamente proporcional a la frecuencia de la onda, por lo que los rayos gamma tienen longitudes de onda muy cortas que son fracciones del tamaño de los átomos, mientras que las longitudes de onda en el extremo opuesto del espectro pueden ser tan largas como el universo. La energía del fotón es directamente proporcional a la frecuencia de la onda, por lo que los fotones de rayos gamma tienen la energía más alta (alrededor de mil millones de electrones voltios), mientras que los fotones de ondas de radio tienen muy poca energía (alrededor de un femtoelectrónvoltio). Estas relaciones se ilustran con las siguientes ecuaciones:
dónde:
c = 299792458 m / s es la velocidad de la luz en el vacío
h = 6.62606896 (33) × 10-34 J · s = 4.13566733 (10) × 10-15 eV · s es la constante de Planck.
Siempre que las ondas electromagnéticas existen en un medio con la materia, su longitud de onda se reduce. Las longitudes de onda de la radiación electromagnética, sin importar el medio por el que viajan, suelen citarse en términos de la longitud de onda del vacío, aunque esto no siempre se menciona explícitamente.
En general, la radiación electromagnética se clasifica por longitud de onda en radiación de onda de radio, microondas, terahercios (o submilimétricos), infrarrojos, la región visible que se percibe como luz, ultravioleta, rayos X y rayos gamma. El comportamiento de la radiación EM depende de su longitud de onda. Cuando la radiación EM interactúa con átomos y moléculas individuales, su comportamiento también depende de la cantidad de energía por cuántico (fotón) que transporta.
La espectroscopia puede detectar una región mucho más amplia del espectro EM que el rango visible de 400 nm a 700 nm. Un espectroscopio de laboratorio común puede detectar longitudes de onda de 2 nm a 2500 nm. Se puede obtener información detallada sobre las propiedades físicas de los objetos, gases o incluso estrellas de este tipo de dispositivo. Los espectroscopios son ampliamente utilizados en astrofísica. Por ejemplo, muchos átomos de hidrógeno emiten un fotón de onda de radio que tiene una longitud de onda de 21,12 cm. Además, las frecuencias de 30 Hz e inferiores pueden ser producidas por y son importantes en el estudio de ciertas nebulosas estelares y se han detectado frecuencias de hasta 2.9 × 1027 Hz de fuentes astrofísicas.
Justificación de los nombres regionales del espectro
La radiación electromagnética interactúa con la materia de diferentes maneras en todo el espectro. Estos tipos de interacción son tan diferentes que históricamente se han aplicado diferentes nombres a diferentes partes del espectro, como si se tratara de diferentes tipos de radiación. Por lo tanto, aunque estos «tipos diferentes» de radiación electromagnética forman un espectro cuantitativamente continuo de frecuencias y longitudes de onda, el espectro permanece dividido por razones prácticas relacionadas con estas diferencias de interacción cualitativa.
Interacción de la radiación electromagnética con la materia
Región del espectro Principales interacciones con la materia
Radio Oscilación colectiva de portadores de carga en material a granel (oscilación de plasma). Un ejemplo serían los viajes oscilatorios de los electrones en una antena.
Microondas a través del infrarrojo lejano Oscilación de plasma, rotación molecular
Infrarrojo cercano Vibración molecular, oscilación del plasma (solo en metales)
Visible Excitación de electrones moleculares (incluidas las moléculas de pigmento encontradas en la retina humana), oscilaciones de plasma (solo en metales)
Ultravioleta Excitación de electrones de valencia molecular y atómica, incluida la eyección de los electrones (efecto fotoeléctrico)
Rayos X Excitación y eyección de electrones atómicos centrales Compton dispersión (para números atómicos bajos)
Rayos gamma Eyección energética de electrones centrales en elementos pesados Compton dispersión (para todos los números atómicos), excitación de núcleos atómicos, incluida la disociación de núcleos
Rayos gamma de alta energía Creación de pares partícula-antipartícula. A muy altas energías, un solo fotón puede crear una lluvia de partículas de alta energía y antipartículas al interactuar con la materia.
Tipos de radiación
Límites
A continuación se presenta una discusión de las regiones (o bandas o tipos) del espectro electromagnético. Tenga en cuenta que no hay límites definidos con precisión entre las bandas del espectro electromagnético; más bien se desvanecen el uno al otro como las bandas en un arco iris (que es el sub-espectro de la luz visible). La radiación de cada frecuencia y longitud de onda (o en cada banda) tiene una combinación de propiedades de las dos regiones del espectro que la unen. Por ejemplo, la luz roja se asemeja a la radiación infrarroja, ya que puede excitar y agregar energía a algunos enlaces químicos y, de hecho, debe hacerlo para alimentar los mecanismos químicos responsables de la fotosíntesis y el funcionamiento del sistema visual.
Regiones del espectro
Los tipos de radiación electromagnética se clasifican ampliamente en las siguientes clases:
Radiación gamma
Radiación de rayos X
Radiación ultravioleta
Radiación visible
Radiación infrarroja
Radiación de Terahertz
Radiación de microondas
Ondas de radio
Esta clasificación va en el orden creciente de la longitud de onda, que es característica del tipo de radiación. Si bien, en general, el esquema de clasificación es preciso, en realidad a menudo hay cierta superposición entre los tipos vecinos de energía electromagnética. Por ejemplo, las ondas de radio SLF a 60 Hz pueden ser recibidas y estudiadas por astrónomos, o pueden ser conducidas a lo largo de cables como energía eléctrica, aunque esta última, en sentido estricto, no es radiación electromagnética (ver campo cercano y lejano).
La distinción entre rayos X y rayos gamma se basa en parte en fuentes: los fotones generados por la descomposición nuclear u otro proceso nuclear y subnuclear / partículas, siempre se denominan rayos gamma, mientras que los rayos X se generan mediante transiciones electrónicas que involucran átomos atómicos altamente energéticos electrones. En general, las transiciones nucleares son mucho más energéticas que las transiciones electrónicas, por lo que los rayos gamma son más energéticos que los rayos X, pero existen excepciones. Por analogía a las transiciones electrónicas, también se dice que las transiciones muónicas del átomo producen rayos X, aunque su energía puede exceder los 6 megaelectronvoltios (0,96 pJ), mientras que hay muchos (77 conocidos por ser menos de 10 keV (1,6 fJ)) bajos -las transiciones nucleares energéticas (por ejemplo, la transición nuclear de 7.6 eV (1.22 aJ) del torio-229) y, a pesar de ser un millón de veces menos enérgica que algunos rayos X muónicos, los fotones emitidos todavía se llaman rayos gamma debido a su origen nuclear
Sin embargo, la convención de que la radiación electromagnética que se sabe que proviene del núcleo siempre se llama «radiación de rayos gamma» es la única que se respeta universalmente. Se sabe que muchas fuentes astronómicas de rayos gamma (como los estallidos de rayos gamma) son demasiado energéticas (tanto en intensidad como en longitud de onda) para ser de origen nuclear. Muy a menudo, en la física de alta energía y en la radioterapia médica, la EMR de muy alta energía (en la región> 10 MeV) -que es de mayor energía que cualquier rayo gamma nuclear- no se llama rayos X o rayos gamma, sino el término genérico de «fotones de alta energía».
La región del espectro donde cae una radiación electromagnética observada, es referencia dependiente del cuadro (debido al desplazamiento Doppler para la luz), por lo que la radiación EM que un observador diría que está en una región del espectro podría aparecer a un observador que se mueve a una fracción sustancial de la velocidad de la luz con respecto a la primera en estar en otra parte del espectro. Por ejemplo, considere el fondo cósmico de microondas. Fue producido, cuando la materia y la radiación se desacoplaron, por la desexcitación de los átomos de hidrógeno al estado fundamental. Estos fotones eran de transiciones de la serie Lyman, poniéndolos en la parte ultravioleta (UV) del espectro electromagnético. Ahora esta radiación ha sufrido suficiente desplazamiento cosmológico hacia el rojo para ponerlo en la región de microondas del espectro para que los observadores se muevan lentamente (en comparación con la velocidad de la luz) con respecto al cosmos.
Frecuencia de radio
Las ondas de radio son emitidas y recibidas por antenas, que consisten en conductores tales como resonadores de varillas metálicas. En la generación artificial de ondas de radio, un dispositivo electrónico llamado transmisor genera una corriente eléctrica de CA que se aplica a una antena. Los electrones oscilantes en la antena generan campos eléctricos y magnéticos oscilantes que se irradian desde la antena en forma de ondas de radio. En la recepción de ondas de radio, los campos eléctricos y magnéticos oscilantes de una onda de radio se acoplan a los electrones en una antena, empujándolos hacia adelante y hacia atrás, creando corrientes oscilantes que se aplican a un receptor de radio. La atmósfera de la Tierra es principalmente transparente para las ondas de radio, a excepción de las capas de partículas cargadas en la ionosfera que pueden reflejar ciertas frecuencias.
Las ondas de radio se usan ampliamente para transmitir información a través de distancias en sistemas de comunicación de radio tales como radiodifusión, televisión, radios bidireccionales, teléfonos móviles, satélites de comunicación y redes inalámbricas. En un sistema de comunicación por radio, una corriente de radiofrecuencia se modula con una señal portadora de información en un transmisor variando la amplitud, frecuencia o fase, y se aplica a una antena. Las ondas de radio llevan la información a través del espacio a un receptor, donde son recibidas por una antena y la información extraída por demodulación en el receptor. Las ondas de radio también se utilizan para la navegación en sistemas como el Sistema de Posicionamiento Global (GPS) y las balizas de navegación, y la localización de objetos distantes en radiolocalización y radar. También se usan para control remoto y para calefacción industrial.
El uso del espectro de radio está estrictamente regulado por los gobiernos, coordinado por un organismo llamado Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU) que asigna frecuencias a diferentes usuarios para diferentes usos.
Microondas
Las microondas son ondas de radio de longitud de onda corta, de aproximadamente 10 centímetros a un milímetro, en las bandas de frecuencia SHF y EHF. La energía de microondas se produce con tubos de klystron y magnetrón, y con dispositivos de estado sólido como los diodos Gunn e IMPATT. Aunque son emitidas y absorbidas por antenas cortas, también son absorbidas por moléculas polares, que se acoplan a modos vibratorios y rotacionales, lo que resulta en un calentamiento masivo. A diferencia de las ondas de frecuencia más altas como el infrarrojo y la luz, que se absorben principalmente en las superficies, las microondas pueden penetrar en los materiales y depositar su energía debajo de la superficie. Este efecto se utiliza para calentar alimentos en hornos de microondas y para la calefacción industrial y la diatermia médica. Las microondas son las principales longitudes de onda utilizadas en el radar, y se utilizan para la comunicación por satélite y las tecnologías de redes inalámbricas, como Wifi, aunque esto es en niveles de intensidad que no pueden causar calentamiento térmico. Los cables de cobre (líneas de transmisión) que se usan para transportar ondas de radio de frecuencia más baja a las antenas tienen pérdidas de potencia excesivas en las frecuencias de microondas, y se usan tuberías metálicas llamadas guías de ondas para transportarlas. Aunque en el extremo inferior de la banda la atmósfera es principalmente transparente, en el extremo superior de la banda la absorción de microondas por los gases atmosféricos limita las distancias de propagación prácticas a unos pocos kilómetros.
Radiación de Terahertz
La radiación de Terahertz es una región del espectro entre el infrarrojo lejano y las microondas. Hasta hace poco, el rango raramente se estudiaba y existían pocas fuentes de energía de microondas en el extremo superior de la banda (ondas submilimétricas o las llamadas ondas de terahercios), pero ahora están apareciendo aplicaciones como imágenes y comunicaciones. Los científicos también buscan aplicar la tecnología de terahercios en las fuerzas armadas, donde las ondas de alta frecuencia podrían dirigirse contra las tropas enemigas para incapacitar a sus equipos electrónicos. La radiación de Terahertz es fuertemente absorbida por los gases atmosféricos, lo que hace que este rango de frecuencia sea inútil para la comunicación a larga distancia.
Radiación infrarroja
La parte infrarroja del espectro electromagnético cubre el rango de aproximadamente 300 GHz a 400 THz (1 mm – 750 nm). Se puede dividir en tres partes:
Infrarrojo lejano, de 300 GHz a 30 THz (1 mm – 10 μm). La parte inferior de este rango también se puede llamar microondas o ondas de terahercios. Esta radiación es típicamente absorbida por los llamados modos de rotación en moléculas en fase gaseosa, por movimientos moleculares en líquidos y por fonones en sólidos. El agua en la atmósfera de la Tierra se absorbe tan fuertemente en este rango que hace que la atmósfera en efecto sea opaca. Sin embargo, hay ciertos rangos de longitud de onda («ventanas») dentro del rango opaco que permiten la transmisión parcial, y se pueden usar para la astronomía. El rango de longitud de onda de aproximadamente 200 μm hasta unos pocos mm se denomina a menudo «submilimétrica» en astronomía, reservando el infrarrojo lejano para longitudes de onda inferiores a 200 μm.
Infrarrojo medio, de 30 a 120 THz (10-2.5 μm). Los objetos calientes (radiadores de cuerpo negro) pueden irradiar fuertemente en este rango, y la piel humana a temperatura corporal normal irradia fuertemente en el extremo inferior de esta región. Esta radiación es absorbida por las vibraciones moleculares, donde los diferentes átomos de una molécula vibran alrededor de sus posiciones de equilibrio. Este rango a veces se denomina región de huella dactilar, ya que el espectro de absorción del infrarrojo medio de un compuesto es muy específico para ese compuesto.
Infrarrojo cercano, de 120 a 400 THz (2,500-750 nm). Los procesos físicos que son relevantes para este rango son similares a los de la luz visible. Las frecuencias más altas en esta región se pueden detectar directamente por algunos tipos de películas fotográficas y por muchos tipos de sensores de imágenes de estado sólido para fotografía y videografía infrarrojas.
Radiación visible (luz)
Por encima del infrarrojo en frecuencia viene la luz visible. El Sol emite su potencia máxima en la región visible, aunque la integración de todo el espectro de potencia de emisión a través de todas las longitudes de onda muestra que el Sol emite un poco más de luz infrarroja que de luz visible. Por definición, la luz visible es la parte del espectro EM al que el ojo humano es más sensible. La luz visible (y la luz infrarroja cercana) es típicamente absorbida y emitida por los electrones en moléculas y átomos que se mueven de un nivel de energía a otro. Esta acción permite los mecanismos químicos que subyacen a la visión humana y la fotosíntesis de la planta. La luz que excita el sistema visual humano es una porción muy pequeña del espectro electromagnético. Un arcoíris muestra la parte óptica (visible) del espectro electromagnético; El infrarrojo (si se pudiera ver) estaría ubicado justo más allá del lado rojo del arcoíris con ultravioleta que aparece justo más allá del extremo violeta.
La radiación electromagnética con una longitud de onda entre 380 nm y 760 nm (400-790 terahercios) es detectada por el ojo humano y percibida como luz visible. Otras longitudes de onda, especialmente infrarrojo cercano (más largo que 760 nm) y ultravioleta (más corto que 380 nm) también se denominan a veces luz, especialmente cuando la visibilidad para los humanos no es relevante. La luz blanca es una combinación de luces de diferentes longitudes de onda en el espectro visible. Al pasar la luz blanca a través de un prisma, se divide en varios colores de luz observados en el espectro visible entre 400 nm y 780 nm.
Si la radiación que tiene una frecuencia en la región visible del espectro electromagnético se refleja en un objeto, por ejemplo, un tazón de fruta, y luego golpea los ojos, esto produce una percepción visual de la escena. El sistema visual del cerebro procesa la multitud de frecuencias reflejadas en diferentes tonos y matices, y a través de este fenómeno psicofísico insuficientemente entendido, la mayoría de las personas perciben un plato de fruta.
En la mayoría de las longitudes de onda, sin embargo, la información transportada por la radiación electromagnética no es detectada directamente por los sentidos humanos. Las fuentes naturales producen radiación EM en todo el espectro, y la tecnología también puede manipular una amplia gama de longitudes de onda. La fibra óptica transmite luz que, aunque no necesariamente en la parte visible del espectro (generalmente es infrarroja), puede transportar información. La modulación es similar a la utilizada con las ondas de radio.
Radiación ultravioleta
El siguiente en frecuencia es el ultravioleta (UV). La longitud de onda de los rayos UV es más corta que el extremo violeta del espectro visible pero más larga que los rayos X.
La radiación UV es la radiación de longitud de onda más larga cuyos fotones son lo suficientemente energéticos como para ionizar átomos, separar electrones de ellos y causar reacciones químicas. La luz UV de longitud de onda corta y la radiación de longitud de onda más corta (rayos X y rayos gamma) se llaman radiación ionizante, y la exposición a ellos puede dañar el tejido vivo, lo que los convierte en un peligro para la salud. Los rayos UV también pueden causar que muchas sustancias brillen con luz visible; esto se llama fluorescencia
En el rango medio de los rayos UV, los rayos UV no se pueden ionizar, pero pueden romper los enlaces químicos, lo que hace que las moléculas sean inusualmente reactivas. Las quemaduras solares, por ejemplo, son causadas por los efectos disruptivos de la radiación UV de rango medio en las células de la piel, que es la causa principal del cáncer de piel. Los rayos UV en el rango medio pueden dañar irreparablemente las complejas moléculas de ADN en las células que producen dímeros de timina, lo que lo convierte en un mutágeno muy potente.
El Sol emite una cantidad considerable de radiación UV (alrededor del 10% de su potencia total), que incluye UV de longitud de onda extremadamente corta que podría destruir la mayor parte de la vida terrestre (el agua del océano proporcionaría cierta protección para la vida allí). Sin embargo, la mayoría de las dañinas longitudes de onda del sol son absorbidas por la atmósfera antes de que lleguen a la superficie. Los rangos de energía más alta (longitud de onda más corta) de UV (llamado «UV de vacío») son absorbidos por el nitrógeno y, en longitudes de onda más largas, por el simple oxígeno diatómico en el aire. La mayor parte de los rayos UV en el rango medio de energía está bloqueada por la capa de ozono, que se absorbe fuertemente en el importante rango de 200-315 nm, cuya parte de menor energía es demasiado larga para absorber el dioxígeno ordinario en el aire. Esto deja menos del 3% de la luz solar a nivel del mar en los rayos UV, y todo esto se mantiene en las energías más bajas. El resto es UV-A, junto con algo de UV-B. El rango de energía más bajo de UV entre 315 nm y luz visible (llamado UV-A) no está bien bloqueado por la atmósfera, pero no causa quemaduras solares y produce menos daño biológico. Sin embargo, no es inofensivo y crea radicales de oxígeno, mutaciones y daños en la piel. Ver ultravioleta para más información.
Rayos X
Después de la radiación UV vienen los rayos X, que, al igual que los rangos superiores de los rayos UV también son ionizantes. Sin embargo, debido a sus energías más altas, los rayos X también pueden interactuar con la materia por medio del efecto Compton. Los rayos X duros tienen longitudes de onda más cortas que los rayos X blandos y, como pueden atravesar muchas sustancias con poca absorción, pueden usarse para «ver a través» de objetos con «espesores» menores que los equivalentes a unos pocos metros de agua. Un uso notable es el diagnóstico por imágenes de rayos X en medicina (un proceso conocido como radiografía). Los rayos X son útiles como sondas en física de alta energía. En astronomía, los discos de acreción alrededor de estrellas de neutrones y agujeros negros emiten rayos X, permitiendo estudios de estos fenómenos. Los rayos X también son emitidos por coronas de estrellas y son fuertemente emitidos por algunos tipos de nebulosas. Sin embargo, los telescopios de rayos X se deben colocar fuera de la atmósfera de la Tierra para observar los rayos X astronómicos, ya que la gran profundidad de la atmósfera de la Tierra es opaca a los rayos X (con una densidad de 1000 gramos por cm2), equivalente a 10 metros espesor de agua Esta es una cantidad suficiente para bloquear casi todos los rayos X astronómicos (y también los rayos gamma astronómicos, ver más abajo).
Rayos gamma
Después de los rayos X duros, llegan los rayos gamma, que fueron descubiertos por Paul Ulrich Villard en 1900. Estos son los fotones más energéticos, que no tienen un límite inferior definido para su longitud de onda. En astronomía son valiosos para estudiar objetos o regiones de alta energía, sin embargo, como con los rayos X esto solo se puede hacer con telescopios fuera de la atmósfera de la Tierra. Los rayos gamma son utilizados experimentalmente por los físicos por su capacidad de penetración y son producidos por varios radioisótopos. Se utilizan para la irradiación de alimentos y semillas para la esterilización, y en medicina se usan ocasionalmente en la terapia de cáncer de radiación. Más comúnmente, los rayos gamma se utilizan para la obtención de imágenes de diagnóstico en medicina nuclear, por ejemplo, los escaneos PET. La longitud de onda de los rayos gamma se puede medir con gran precisión a través de los efectos de Compton dispersión.