Espectro eletromagnético

O espectro eletromagnético é a faixa de freqüências (o espectro) de radiação eletromagnética e seus respectivos comprimentos de onda e energias fotônicas.

O espectro eletromagnético cobre ondas eletromagnéticas com freqüências variando de abaixo de um hertz para acima de 1025 hertz, correspondendo a comprimentos de onda de milhares de quilômetros até uma fração do tamanho de um núcleo atômico. Esta faixa de frequência é dividida em bandas separadas, e as ondas eletromagnéticas dentro de cada banda de frequência são chamadas por nomes diferentes; começando no fim do espectro de baixa freqüência (comprimento de onda longo), são: ondas de rádio, microondas, infravermelho, luz visível, ultravioleta, raios-X e raios gama na extremidade de alta freqüência (comprimento de onda curto). As ondas eletromagnéticas em cada uma dessas bandas têm características diferentes, como como elas são produzidas, como elas interagem com a matéria e suas aplicações práticas. O limite para longos comprimentos de onda é o tamanho do próprio universo, enquanto se pensa que o limite de comprimento de onda curto está na proximidade do comprimento de Planck. Os raios gama, raios-X e ultravioleta são classificados como radiações ionizantes, pois seus fótons possuem energia suficiente para ionizar átomos, causando reações químicas. A exposição a esses raios pode ser um risco para a saúde, causando doenças por radiação, danos ao DNA e câncer. A radiação dos comprimentos de onda da luz visível e inferior são chamados de radiação não ionizante, pois não podem causar esses efeitos.

Na maioria das bandas de freqüência acima, uma técnica chamada espectroscopia pode ser usada para separar fisicamente ondas de diferentes freqüências, produzindo um espectro que mostra as freqüências constituintes. A espectroscopia é usada para estudar as interações de ondas eletromagnéticas com a matéria. Outros usos tecnológicos são descritos sob radiação eletromagnética.

História da descoberta do espectro eletromagnético
Durante a maior parte da história, a luz visível foi a única parte conhecida do espectro eletromagnético. Os antigos gregos reconheceram que a luz viajava em linhas retas e estudava algumas de suas propriedades, incluindo a reflexão e a refração. O estudo da luz continuou, e durante os séculos XVI e XVII, as teorias conflitantes consideravam a luz como uma onda ou uma partícula.

A primeira descoberta de radiação eletromagnética diferente da luz visível ocorreu em 1800, quando William Herschel descobriu a radiação infravermelha. Ele estava estudando a temperatura de diferentes cores movendo um termômetro através da luz dividida por um prisma. Ele notou que a temperatura mais alta estava além do vermelho. Ele teorizou que essa mudança de temperatura era devido a “raios caloríricos” que eram um tipo de raio de luz que não podia ser visto.

No ano seguinte, Johann Ritter, trabalhando na outra extremidade do espectro, notou o que ele chamou de “raios quimicos” (raios de luz invisíveis que induziram certas reações químicas). Estes se comportaram de forma semelhante aos raios de luz violeta visível, mas estavam além deles no espectro. Mais tarde, eles foram renomeados por radiação ultravioleta.

A radiação eletromagnética foi ligada pela primeira vez ao eletromagnetismo em 1845, quando Michael Faraday percebeu que a polarização da luz que viaja através de um material transparente respondeu a um campo magnético (ver efeito Faraday). Durante a década de 1860 James Maxwell desenvolveu quatro equações diferenciais parciais para o campo eletromagnético. Duas dessas equações prevêem a possibilidade eo comportamento das ondas no campo. Analisando a velocidade dessas ondas teóricas, Maxwell percebeu que eles deveriam viajar a uma velocidade que era sobre a velocidade de luz conhecida. Essa surpreendente coincidência de valor levou Maxwell a inferir que a luz própria é um tipo de onda eletromagnética.

As equações de Maxwell predisseram um número infinito de frequências de ondas eletromagnéticas, todas viajando à velocidade da luz. Esta foi a primeira indicação da existência de todo o espectro eletromagnético.

As ondas previstas de Maxwell incluíam ondas em frequências muito baixas em comparação com o infravermelho, o que em teoria poderia ser criado por cargas oscilantes em um circuito elétrico comum de um determinado tipo. Tentando provar as equações de Maxwell e detectar tais radiações eletromagnéticas de baixa frequência, em 1886, o físico Heinrich Hertz construiu um aparelho para gerar e detectar o que agora são chamados de ondas de rádio. Hertz encontrou as ondas e foi capaz de inferir (medindo seu comprimento de onda e multiplicando-a pela freqüência) que viajaram à velocidade da luz. Hertz também demonstrou que a nova radiação poderia ser refletida e refratada por vários meios dielétricos, da mesma forma que a luz. Por exemplo, Hertz foi capaz de focar as ondas usando uma lente feita de resina de árvore. Em um experimento posterior, Hertz produziu e mediu as propriedades de microondas. Esses novos tipos de ondas abriram o caminho para invenções como o telégrafo sem fio e o rádio.

Em 1895 Wilhelm Röntgen notou um novo tipo de radiação emitida durante um experimento com um tubo evacuado submetido a uma alta tensão. Ele chamou essas radiografias de raios-x e descobriu que eles foram capazes de viajar através de partes do corpo humano, mas foram refletidos ou interrompidos por uma substância mais densa, como os ossos. Em pouco tempo, muitos usos foram encontrados para eles no campo da medicina.

A última parcela do espectro eletromagnético foi preenchida com a descoberta de raios gama. Em 1900, Paul Villard estava estudando as emissões radioativas do rádio quando identificou um novo tipo de radiação que ele primeiro pensou que consistia em partículas semelhantes a partículas conhecidas alfa e beta, mas com o poder de ser muito mais penetrante do que qualquer um. No entanto, em 1910, o físico britânico William Henry Bragg demonstrou que os raios gama são radiação eletromagnética, não partículas e, em 1914, Ernest Rutherford (que os chamou de raios gama em 1903 quando percebeu que eram fundamentalmente diferentes das partículas alfa e beta carregadas ) e Edward Andrade mediram seus comprimentos de onda, e descobriram que os raios gama eram semelhantes aos raios-X, mas com comprimentos de onda e freqüências mais altas.

Faixa do espectro
As ondas eletromagnéticas são tipicamente descritas por qualquer uma das seguintes três propriedades físicas: a freqüência f, o comprimento de onda λ ou a energia do fóton E. As freqüências observadas na astronomia variam de 2,4 × 1023 Hz (1 raios gama GeV) até a freqüência plasmática local da meio interestelar ionizado (~ 1 kHz). O comprimento de onda é inversamente proporcional à freqüência da onda, de modo que os raios gama possuem comprimentos de onda muito baixos que são frações do tamanho dos átomos, enquanto os comprimentos de onda na extremidade oposta do espectro podem ser tão longos quanto o universo. A energia do fotão é diretamente proporcional à freqüência da onda, de modo que os fótons de raios gama possuem a maior energia (cerca de um bilhão de elétrons), enquanto os fótons de ondas de rádio têm energia muito baixa (em torno de um femtoelectronvolt). Essas relações são ilustradas pelas seguintes equações:

Onde:
c = 299792458 m / s é a velocidade da luz no vácuo
h = 6.62606896 (33) × 10-34 J · s = 4.13566733 (10) × 10-15 eV · s é a constante de Planck.
Sempre que as ondas eletromagnéticas existem em um meio com matéria, o seu comprimento de onda diminui. Os comprimentos de onda da radiação eletromagnética, independentemente do meio em que estão viajando, são geralmente citados em termos de comprimento de onda do vácuo, embora isso nem sempre seja explicitamente indicado.

Geralmente, a radiação eletromagnética é classificada por comprimento de onda em radiação de ondas de rádio, microondas, terahertz (ou sub-milímetro), infravermelho, a região visível que é percebida como luz, ultravioleta, raios-X e raios gama. O comportamento da radiação EM depende do seu comprimento de onda. Quando a radiação EM interage com átomos e moléculas únicas, seu comportamento também depende da quantidade de energia por quantum (fóton) que ele carrega.

A espectroscopia pode detectar uma região muito maior do espectro EM do que a faixa visível de 400 nm a 700 nm. Um espectroscópio de laboratório comum pode detectar comprimentos de onda de 2 nm a 2500 nm. Informações detalhadas sobre as propriedades físicas de objetos, gases ou até mesmo estrelas podem ser obtidas a partir deste tipo de dispositivo. Os espectroscópios são amplamente utilizados em astrofísica. Por exemplo, muitos átomos de hidrogênio emitem um fóton de onda de rádio que possui um comprimento de onda de 21,12 cm. Além disso, as freqüências de 30 Hz e abaixo podem ser produzidas e são importantes no estudo de certas nebulosas estelares e as freqüências de até 2,9 × 1027 Hz foram detectadas a partir de fontes astrofísicas.

Justificativa para nomes regionais do espectro
A radiação eletromagnética interage com a matéria de diferentes maneiras em todo o espectro. Esses tipos de interação são tão diferentes que nomes historicamente diferentes foram aplicados em diferentes partes do espectro, como se fossem diferentes tipos de radiação. Assim, embora esses “tipos diferentes” de radiação eletromagnética formem um espectro quantitativamente contínuo de freqüências e comprimentos de onda, o espectro permanece dividido por razões práticas relacionadas a essas diferenças de interação qualitativa.

Interação de radiação eletromagnética com a matéria
Região do espectro Principais interações com a matéria
Rádio Oscilação coletiva dos portadores de carga em material a granel (oscilação do plasma). Um exemplo seria as viagens oscilantes dos elétrons em uma antena.
Microondas através de infravermelho distante Oscilação plasmática, rotação molecular
Próximo ao infravermelho Vibração molecular, oscilação do plasma (apenas nos metais)
Visível Excitação de elétrons moleculares (incluindo moléculas de pigmento encontradas na retina humana), oscilações plasmáticas (apenas em metais)
Ultravioleta Excitação de elétrons de valência molecular e atômica, incluindo a ejeção dos elétrons (efeito fotoelétrico)
raios X Excitação e ejeção de elétrons atômicos de núcleo, Compton espalhamento (para números atômicos baixos)
Raios gama Ejetão energética dos elétrons do núcleo em elementos pesados, Compton espalhamento (para todos os números atômicos), excitação de núcleos atômicos, incluindo a dissociação de núcleos
Rádios gama de alta energia Criação de pares partículas antipartículas. Em energias muito elevadas, um único fóton pode criar um banho de partículas de alta energia e antipartículas após a interação com a matéria.
Tipos de radiação

Limites
Uma discussão das regiões (ou bandas ou tipos) do espectro eletromagnético é dada abaixo. Observe que não há limites precisamente definidos entre as bandas do espectro eletromagnético; Em vez disso, eles desaparecem um ao outro como as bandas em um arco-íris (que é o sub espectro da luz visível). A radiação de cada freqüência e comprimento de onda (ou em cada banda) tem uma mistura de propriedades das duas regiões do espectro que a ligam. Por exemplo, a luz vermelha se assemelha à radiação infravermelha, na medida em que pode excitar e adicionar energia a algumas ligações químicas e, de fato, deve fazê-lo para alimentar os mecanismos químicos responsáveis ​​pela fotossíntese e o funcionamento do sistema visual.

Regiões do espectro
Os tipos de radiação eletromagnética são amplamente classificados nas seguintes classes:

Radiação Gamma
Radiação de raios-X
Radiação ultravioleta
Radiação visível
Radiação infra-vermelha
Radiação Terahertz
Radiação de microondas

Ondas de rádio
Esta classificação vai na ordem crescente do comprimento de onda, que é característico do tipo de radiação. Embora, em geral, o esquema de classificação seja exato, na realidade muitas vezes há uma sobreposição entre os tipos vizinhos de energia eletromagnética. Por exemplo, as ondas de rádio SLF a 60 Hz podem ser recebidas e estudadas por astrônomos, ou podem ser conduzidas ao longo de fios como energia elétrica, embora este seja, em sentido estrito, não radiação eletromagnética (veja o campo próximo e distante).

A distinção entre raios-X e raios gama é parcialmente baseada em fontes: os fótons gerados pela deterioração nuclear ou outro processo nuclear e subnuclear / partículas, são sempre denominados raios gama, enquanto que os raios-X são gerados por transições eletrônicas que envolvem atômico interno altamente energético elétrons. Em geral, as transições nucleares são muito mais enérgicas do que as transições eletrônicas, de modo que as raios gama são mais enérgicas do que as raios-X, mas existem exceções. Por analogia com as transições eletrônicas, as transições de átomos múmicos também são ditas para produzir raios-X, mesmo que sua energia possa exceder 6 megaelectronvolts (0.96 pJ), enquanto que existem muitos (77 conhecidos por menos de 10 keV (1.6 fJ)) baixos – as transições nucleares da energia (por exemplo, a transição nuclear de 7,6 eV (1,22 aJ) do tório-229) e, apesar de ser um milhão de vezes menos enérgicas do que algumas radiografias múmicas, os fotões emitidos ainda são chamados de raios gama devido à sua origem nuclear.

A convenção de que a radiação EM que se sabe que vem do núcleo, é sempre chamada de radiação de “raios gama”, é a única convenção que é universalmente respeitada, no entanto. Muitas fontes astronômicas de raios gama (como rajadas de raios gama) são conhecidas por serem muito enérgicas (tanto na intensidade quanto no comprimento de onda) para serem de origem nuclear. Muitas vezes, em física de alta energia e em radioterapia médica, EMR de energia muito alta (na região> 10 MeV), que é de maior energia do que qualquer raio gama nuclear, não é chamado de raio-X ou raio-gama, mas sim por o termo genérico de “fótons de alta energia”.

A região do espectro onde uma determinada radiação eletromagnética observada cai, é referência dependente da moldura (devido ao deslocamento Doppler para a luz), então a radiação EM que um observador diria que está em uma região do espectro pode parecer a um observador que se desloca em uma fração substancial da velocidade da luz em relação ao primeiro a estar em outra parte do espectro. Por exemplo, considere o fundo do microondas cósmico. Foi produzido, quando a matéria e a radiação foram desacopladas, pela excitação de átomos de hidrogênio ao estado fundamental. Esses fótons eram das transições da série Lyman, colocando-os na parte ultravioleta (UV) do espectro eletromagnético. Agora, esta radiação sofreu uma mudança vermelha cosmológica suficiente para colocá-la na região de microondas do espectro para observadores movendo-se lentamente (em comparação com a velocidade da luz) em relação ao cosmos.

Frequência de rádio
As ondas de rádio são emitidas e recebidas por antenas, que consistem em condutores como ressonadores de haste de metal. Na geração artificial de ondas de rádio, um dispositivo eletrônico chamado transmissor gera uma corrente elétrica de CA que é aplicada a uma antena. Os elétrons oscilantes na antena geram campos elétricos e magnéticos oscilantes que irradiam longe da antena como ondas de rádio. Na recepção de ondas de rádio, os campos elétricos e magnéticos oscilantes de uma onda de rádio acoplam aos elétrons em uma antena, empurrando-os para frente e para trás, criando correntes oscilantes que são aplicadas a um receptor de rádio. A atmosfera da Terra é principalmente transparente para ondas de rádio, exceto para camadas de partículas carregadas na ionosfera que podem refletir certas freqüências.

As ondas de rádio são amplamente utilizadas para transmitir informações em distâncias em sistemas de comunicação por rádio, como radiodifusão, televisão, rádios bidirecionais, telefones celulares, satélites de comunicação e redes sem fio. Em um sistema de comunicação por rádio, uma corrente de radiofreqüência é modulada com um sinal de transmissão de informações em um transmissor, variando a amplitude, a freqüência ou a fase e aplicada a uma antena. As ondas de rádio carregam a informação através do espaço para um receptor, onde são recebidas por uma antena e as informações extraídas pela desmodulação no receptor. As ondas de rádio também são usadas para navegação em sistemas como Sistema de Posicionamento Global (GPS) e faróis de navegação, e locação de objetos distantes em radiolocalização e radar. Eles também são usados ​​para controle remoto e para aquecimento industrial.

O uso do espectro radioelétrico é estritamente regulado pelos governos, coordenado por um órgão chamado União Internacional de Telecomunicações (ITU), que aloca freqüências para diferentes usuários para diferentes usos.

Microondas
As microondas são ondas de rádio de curto comprimento de onda, de cerca de 10 centímetros a um milímetro, nas bandas de freqüência SHF e EHF. A energia de microondas é produzida com tubos klystron e magnetron, e com dispositivos de estado sólido, como diodos Gunn e IMPATT. Embora sejam emitidos e absorvidos por antenas curtas, eles também são absorvidos por moléculas polares, acoplando-se a modos vibratórios e rotativos, resultando em aquecimento a granel. Ao contrário das ondas de freqüência mais altas, como infravermelho e luz, que são absorvidas principalmente em superfícies, microondas podem penetrar em materiais e depositar sua energia abaixo da superfície. Este efeito é usado para aquecer alimentos em fornos de microondas e para aquecimento industrial e diatermia médica. As microondas são os principais comprimentos de onda usados ​​no radar e são usadas para comunicação via satélite e tecnologias de redes sem fio, como Wifi, embora este seja em níveis de intensidade incapazes de causar aquecimento térmico. Os cabos de cobre (linhas de transmissão) que são usados ​​para transportar ondas de rádio de baixa freqüência para antenas têm perdas de energia excessivas em freqüências de microondas, e os tubos de metal chamados guia de ondas são usados ​​para carregá-los. Embora no extremo inferior da banda a atmosfera seja principalmente transparente, na parte superior da banda, a absorção de microondas por gases atmosféricos limita as distâncias de propagação práticas a alguns quilômetros.

Radiação Terahertz
A radiação Terahertz é uma região do espectro entre infravermelho distante e microondas. Até recentemente, o alcance raramente era estudado e poucas fontes existiam para energia de microondas na extremidade alta da banda (ondas sub-milimétricas ou chamadas ondas de terahertz), mas aplicativos como imagens e comunicações estão agora aparecendo. Os cientistas também procuram aplicar a tecnologia terahertz nas forças armadas, onde as ondas de alta freqüência podem ser direcionadas às tropas inimigas para incapacitar seus equipamentos eletrônicos. A radiação Terahertz é fortemente absorvida pelos gases atmosféricos, tornando esta faixa de freqüência inútil para comunicação de longa distância.

Radiação infra-vermelha
A parte infravermelha do espectro eletromagnético cobre a faixa de aproximadamente 300 GHz a 400 THz (1 mm – 750 nm). Pode ser dividido em três partes:

Infravermelho distante, de 300 GHz a 30 THz (1 mm – 10 μm). A parte inferior desta faixa também pode ser chamada microondas ou ondas de terahertz. Esta radiação é tipicamente absorvida pelos chamados modos de rotação em moléculas de fase gasosa, por movimentos moleculares em líquidos e por fonões em sólidos. A água na atmosfera da Terra absorve tão fortemente nesta faixa que torna a atmosfera efetivamente opaca. No entanto, existem determinadas gamas de comprimento de onda (“janelas”) dentro da faixa opaca que permitem a transmissão parcial e podem ser usadas para astronomia. O intervalo de comprimento de onda de aproximadamente 200 μm até alguns mm é muitas vezes referido como “sub-milímetro” na astronomia, reservando infravermelho distante para comprimentos de onda abaixo de 200 μm.

Infravermelho médio, de 30 a 120 THz (10-2,5 μm). Os objetos quentes (radiadores de corpo preto) podem irradiar fortemente nesta faixa, e a pele humana à temperatura normal do corpo irradia fortemente na extremidade inferior desta região. Essa radiação é absorvida por vibrações moleculares, onde os diferentes átomos em uma molécula vibram em torno de suas posições de equilíbrio. Esse intervalo às vezes é chamado de região de impressão digital, uma vez que o espectro de absorção do meio do infravermelho de um composto é muito específico para esse composto.

Aproximado do infravermelho, de 120 a 400 THz (2.500-750 nm). Os processos físicos relevantes para esse intervalo são semelhantes aos da luz visível. As frequências mais altas nesta região podem ser detectadas diretamente por alguns tipos de filmes fotográficos e por muitos tipos de sensores de imagem de estado sólido para fotografia e videografia infravermelha.

Radiação visível (luz)
Acima da frequência de infravermelho vem a luz visível. O Sol emite seu poder de pico na região visível, embora a integração de todo o espectro de potência de emissão através de todos os comprimentos de onda mostre que o Sol emite um pouco mais infravermelho do que a luz visível. Por definição, a luz visível é a parte do espectro EM, o olho humano é o mais sensível. A luz visível (e a luz do infravermelho próximo) geralmente é absorvida e emitida por elétrons em moléculas e átomos que se movem de um nível de energia para outro. Esta ação permite os mecanismos químicos subjacentes à visão humana e à fotossíntese das plantas. A luz que excita o sistema visual humano é uma porção muito pequena do espectro eletromagnético. Um arco-íris mostra a parte óptica (visível) do espectro eletromagnético; O infravermelho (se pudesse ser visto) ficaria localizado além do lado vermelho do arco-íris com ultravioleta aparecendo logo além do final violeta.

A radiação eletromagnética com um comprimento de onda entre 380 nm e 760 nm (400-790 terahertz) é detectada pelo olho humano e percebida como luz visível. Outros comprimentos de onda, especialmente o infravermelho próximo (mais de 760 nm) e ultravioleta (menor que 380 nm) são também referidos como luz, especialmente quando a visibilidade para humanos não é relevante. A luz branca é uma combinação de luzes de diferentes comprimentos de onda no espectro visível. Passar a luz branca através de um prisma divide-a nas várias cores da luz observadas no espectro visível entre 400 nm e 780 nm.

Se a radiação com uma frequência na região visível do espectro EM reflete um objeto, digamos, uma tigela de frutas, e depois atinge os olhos, isso resulta em percepção visual da cena. O sistema visual do cérebro processa a multidão de freqüências refletidas em diferentes tons e matizes, e através desse fenômeno psicofísico insuficientemente compreendido, a maioria das pessoas percebe uma tigela de frutas.

No máximo, os comprimentos de onda, a informação transportada por radiação eletromagnética não é detectada diretamente pelos sentidos humanos. Fontes naturais produzem radiação EM em todo o espectro, e a tecnologia também pode manipular uma ampla gama de comprimentos de onda. A fibra óptica transmite luz que, embora não necessariamente na parte visível do espectro (geralmente seja infravermelha), pode transportar informações. A modulação é semelhante à usada com ondas de rádio.

Radiação ultravioleta
Em seguida, a freqüência vem ultravioleta (UV). O comprimento de onda dos raios UV é menor do que a extremidade violeta do espectro visível, mas é maior que o raio-X.

UV é a radiação de comprimento de onda mais longa cujos fotões são energéticos o suficiente para ionizar átomos, separando elétrons deles e causando reações químicas. O comprimento de onda curto UV e a radiação de comprimento de onda mais curto acima dele (raios-X e raios gama) são chamados de radiação ionizante, e a exposição a eles pode danificar o tecido vivo, tornando-os um risco para a saúde. UV também pode causar muitas substâncias a brilhar com luz visível; Isso é chamado de fluorescência.

Na faixa média de UV, os raios UV não podem ionizar, mas podem quebrar ligações químicas, tornando as moléculas invulgarmente reativas. A queimadura solar, por exemplo, é causada pelos efeitos disruptivos da radiação UV de faixa média nas células da pele, que é a principal causa de câncer de pele. Os raios UV no intervalo médio podem prejudicar de forma irreparável as moléculas de DNA complexas nas células que produzem dímeros de timina tornando-se um mutagênico muito potente.

O Sol emite radiação UV significativa (cerca de 10% de sua potência total), incluindo UV de comprimento de onda extremamente curto que poderia destruir a maior parte da vida em terra (a água do oceano proporcionaria alguma proteção para a vida lá). No entanto, a maioria dos comprimentos de onda UV prejudiciais do Sol são absorvidos pela atmosfera antes que eles atinjam a superfície. As faixas de maior energia (comprimento de onda mais curto) de UV (chamado “UV a vácuo”) são absorvidas pelo nitrogênio e, em comprimentos de onda mais longos, pelo simples oxigênio diatômico no ar. A maior parte do UV no meio da energia é bloqueada pela camada de ozônio, que absorve fortemente na importante faixa de 200-315 nm, cuja parte de energia inferior é muito longa para o dióxido de carbono comum absorver. Isso deixa menos de 3% da luz solar no nível do mar em UV, com todo esse restante nas energias inferiores. O restante é UV-A, juntamente com alguns UV-B. A faixa de energia mais baixa de UV entre 315 nm ea luz visível (chamada UV-A) não está bem bloqueada pela atmosfera, mas não causa queimaduras solares e causa menos danos biológicos. No entanto, não é inofensivo e cria radicais de oxigênio, mutações e danos na pele. Veja o ultravioleta para obter mais informações.

raios X
Depois de UV vir raios-X, que, como as faixas superiores de UV também são ionizantes. No entanto, devido às suas energias mais elevadas, os raios-X também podem interagir com a matéria por meio do efeito Compton. Os raios-X rígidos têm comprimentos de onda mais curtos do que os raios-X suaves e, como podem passar por muitas substâncias com pouca absorção, podem ser usados ​​para “ver através” de objetos com “espessuras” menores do que equivalentes a alguns metros de água. Um uso notável é o diagnóstico de imagens de raios-X em medicina (um processo conhecido como radiografia). Os raios-X são úteis como sondas em física de alta energia. Na astronomia, os discos de acréscimo em torno de estrelas de nêutrons e buracos negros emitem raios-X, possibilitando estudos desses fenômenos. Os raios-X também são emitidos pelas coronas das estrelas e são fortemente emitidos por alguns tipos de nebulosas. No entanto, os telescópios de raios-X devem ser colocados fora da atmosfera da Terra para ver os raios-X astronômicos, uma vez que a grande profundidade da atmosfera da Terra é opaca para os raios-X (com densidade de 1000 gramas por cm2) equivalente a 10 metros espessura da água. Esta é uma quantidade suficiente para bloquear quase todas as raios X astronômicos (e também raios gama astronômicos), veja abaixo).

Raios gama
Depois que os raios-X duros vêm raios gama, que foram descobertos por Paul Ulrich Villard em 1900. Estes são os fótons mais enérgicos, sem limite inferior definido para o seu comprimento de onda. Na astronomia, eles são valiosos para estudar objetos ou regiões de alta energia, no entanto, como acontece com os raios-X, isso só pode ser feito com telescópios fora da atmosfera terrestre. Os raios gama são usados ​​experimentalmente pelos físicos por sua capacidade penetrante e são produzidos por vários radioisótopos. Eles são usados ​​para a irradiação de alimentos e sementes para esterilização e, em medicina, são ocasionalmente utilizados na terapia de câncer de radiação. Mais comumente, os raios gama são usados ​​para imagens diagnósticas em medicina nuclear, por exemplo, digitalizações de PET. O comprimento de onda dos raios gama pode ser medido com alta precisão através dos efeitos de Compton espalhamento.