ELEKTROMANYETİK TAYF NEDİR?
Einstein foton kavramını ortaya attığında, ışığın dalga boyu azaldıkça fotonların daha çok enerjiyi taşıdıkları anlaşıldı. Bu nedenle tayftaki en uzun dalga boylu kırmızı ışık en az enerjili fotonlara sahipli. Turuncu, sarı, yeşil ve mavi ışık sırayla daha çok enerjili iken mor ışık ve çok enerjili fotonlara sahip oluyordu. Ancak burada sorulacak soru: “Normal ışıktaki bütün fotonlar var mıdır?” şeklinde olmalıydı.
Bu sorunun yamtı “Hayır”dır. Ve bu yamt aşağı yukarı iki yüz yıldır, 1800 yılı dolayında William Herschel tarafından tayfın görünen kırmızı ışığın ötesine kadar uzandığının bulunuşundan beri bilinmektedir. Herschel tayfın çeşitli yerlerine termometre koyup ne kadar sıcaklık elde edeceğini araştırmıştı. Sonuçta, tayfın her yerinde sıcaklık kırmızı ucun ötesinden daha yüksek çıkmıştı. Bu da, tayfın kırmızı ucunun ötesinde bir tür görünmeyen ışınımın bulunduğu anlamına geliyordu. Bu tür ışınım, daha önce sera etkisi ile ilgili olarak belirttiğim gibi, kızılaltı ışınım (Türkçe’deki eşanlamları kızılötesi ya da enfraruj ışınımdır Çeviren) olarak adlandırıldı.
Sonunda, 1801 yılında İngiliz fizikçisi Thomas Yoııng (1773- 1829) ışığın küçük parçacıkları değil de, minik dalgacıkları içerdiğini gösterdi. 1850 yılında İtalyan fizikçisi Macedonio Melloni (1798-1854) kızılaltı ışınımın normal ışığın tüm özelliklerini taşıdığım, yalnızca dalga boyunun daha uzun olduğunu ve gözleri etkilemediğini açıklamayı başardı. Ve fotonların varlığı anlaşılınca, kızılaltı fotonların bireysel olarak görünen ışığın fotonlarından daha az enerji taşıdığı görüldü.
Işınım ayrıca tayfın morötesi ucunda da bulunmaktadır. 1801 yılında Alman fizikçisi Johann Wilhelm Ritter (1776-1810) bazı gümüş bileşiklerinde ışığın kararması olayım inceliyordu. Fizikçi bu kararmanın tayfın mor ucuna doğru hızlandığını ve tayfın mor ucunun ötesinde daha da hızlı kararma olduğunu gördü. Belli ki, gözle görülmese bile bir morötesi ışınım (Türkçe’mizde buna ultraviyole ışınım da denilmektedir Çeviren) vardı. Ve şimdi morötesi ışınımın görünen ışıktan daha kısa dalga boylu olduğunu ve fotonlarının daha çok enerji taşıdıklarını biliyoruz.
1870 yılı dolayında İngiliz matematikçisi James Clerk Maxwell, elektrik ve manyetizmamn karşılıklı etkilerini açıklamak üzere dört denklem oluşturdu. Ve her iki olayın tek bir elektromanyetik etkileşim’de. farklı yönleri bulunduğunu gösterdi. Dahası, bir elektromanyetik alan titreştirilirse, ışık hızıyla yol alan bir dalga şekli oluşturuyordu. Eğer titreşim uygun bir hızda ise, ışığın kendisi üretiliyor ve böylece ışık elektromanyetik ışınım’ın bir örneği olarak ortaya çıkıyordu.
Oysa ki, çeşitli hızlardaki titreşim daha daha uzun dalga boylarını üreterek yalnızca kızılaltı ışınımı değil, onun da ötesini ve daha daha kısa boylu dalgalar üreterek yalnızca morötesi ışınımı değil, onun da ötesindeki ışınımları oluşturmaktaydı. Başka bir deyişle inanılmayacak kadar kısa dalgadan çok uzun dalga boylarına kadar uzanmak ve bu arada yalnızca küçük bir ölçeği görünen ışıktan meydana gelmek üzere geniş ölçekli bir elektromanyetik tayf elde edilmiş oluyordu.
Maxwell böyle geniş ölçekli ışınımı bir kez ortaya koyunca artık bilim adamları neye bakacaklarım biliyor ve onu buluyorlardı. 1888 yılında Alman fizikçisi Heinrich Rudolf Hertz (1857-1894) radyo dalgalan diye adlandırılacak kızılaltı ışınımdan daha uzun dalga boylarım keşfetti. 1895 yılında bir başka Alman fizikçisi Wilhelm Conrad Roentgen (1845-1923) morötesi ışınımdan daha kısa dalga boylu X ışınlanın (Türkçe’mizde bunlara Röntgen ışınları diyoruz Çeviren) buldu. Daha sonra
1900 yılında Fransız fizikçisi Paul Ulrich Villard (1860-1934) radyoaktif maddelerin yaptığı ışınım arasında dalga boyu Röntgen ışınımından daha da kısa olan gama ışınlarını keşfetti.
Radyo dalgası fotonları, kızılaltı ışını fotonlarından daha az enerjilidir. Röntgen ışını fotonları ultraviyole ışını fotonlarından daha çok enerji taşırken gamma ışını fotonları hepsinden daha çok enerjiye sahip bulunmaktadır.
Yıldızlar tüm elektromanyetik tayf boyunca ışınım yapmaya eğilimlidirler. Bu durumda bizler neden onların yalnızca görünen ışıkla temsil edilen tayfları ile ilgilenelim?
Bu sorunun yanıtıyla ilgili birincil olarak, güneşimiz gibi bir yıldız en yoğun ışınımım tayfın görünen ışık bölgesinde yapar. Böylece yeryüzündeki yaşam şekillerinin bu ışık bölgesindeki ışığı almak ve buna tepki göstermek üzere güneşe bağımlı olmaları mantıklıdır. Daha soğuk yapıdaki kırmızı cüce gibi yıldızlar, kızılaltı ışınımı biçimindeki daha az enerji taşıyan ışınım yönünden zenginlerdir. Dev mavi-beyaz kızgın sıcak yıldızlar, çok enerjili ultraviyole ışınım dalgalarına sahiptir. Böyle çok sıcak yıldızların yoğun enerjili etkinleri olağanüstü Röntgen ışını ya da gamma ışını patlamaları yapar.
İkincil olarak, yeryüzünün atmosferi görünen ışık için oldukça saydamken elektromanyetik tayfın diğer kesimlerine karşı göreceli olarak saydam değildir. Bu nedenle diğer ışınım şekillerine karşı onlardan haberli olma konusunda fazla şanslı değiliz. Ancak, tayfın görünen ışık kesimine yakın bazı kızılaltı ve morötesi ışınım dalgaları atmosferi delmeyi başarır. Sözgelişi, atmosferi delip geçen ultraviyole ışınlar görünen ışıktan daha fazla enerjilidir ve kişinin güneşten yanmasında daha çok etkili olurlar.
1950’li yıllardan başlayarak insanlar atmosferin ötesine roketler yolladılar. Ve dünyanın çevresindeki yörüngelerde, yeryüzü atmosferine giremeyen elektromanyetik tayf kesiminin ışınlannı kayıt etmeye elverişli aygıtlarla bu roketleri donattılar. Örneğin, güneşin taç tabakasının yaydığı Röntgen ışınlarım inceleyerek gökbilimciler güneşin sıcaklığının bir milyon derece dolayında olduğunu kanıtladılar. Ayrıca, kızılaltı ışınımı inceleyen gökbilimciler parlak bir yıldız olan Vega’mn tozdan oluşan bir kuşağı bulunduğunu keşfettiler. Bu kuşak yıldızda birtakım gezegen türü gökcisimlerinin var oluşunu gösterebilir ve orada kahverengi cüce yıldızların araştırılmasına öncülük edebilirdi. Bu şekilde ultraviyole ve hatta arada bir gamma ışını patlamaları da incelendi.
Oysa ki, elektromanyetik tayfın gökbilime en yararlı kesiminin radyo dalgaları olduğu kuşku götürmüyordu.