Radiasi dalam Ruang dan Astronomi

Astronomi adalah studi tentang benda-benda di alam semesta yang memancarkan (atau memantulkan) energi dari seluruh spektrum elektromagnetik. Para astronom mempelajari radiasi dari semua benda di alam semesta. Mari kita melihat lebih dalam pada bentuk-bentuk radiasi di luar sana.

Untuk benar-benar memahami alam semesta, para ilmuwan harus melihatnya melintasi seluruh spektrum elektromagnetik. Ini termasuk partikel berenergi tinggi seperti sinar kosmik. Beberapa objek dan proses sebenarnya sama sekali tidak terlihat dalam panjang gelombang tertentu (bahkan optik), itulah sebabnya para astronom melihatnya dalam banyak panjang gelombang. Sesuatu yang tidak terlihat pada satu panjang gelombang atau frekuensi mungkin sangat cerah di yang lain, dan itu memberi tahu para ilmuwan sesuatu yang sangat penting tentang itu.

Radiasi menggambarkan partikel elementer, inti, dan gelombang elektromagnetik saat mereka merambat melalui ruang. Para ilmuwan biasanya merujuk radiasi dengan dua cara: ionisasi dan non-ionisasi.

Ionisasi adalah proses di mana elektron dihapus dari atom. Ini terjadi setiap saat di alam, dan itu hanya membutuhkan atom untuk bertabrakan dengan foton atau partikel dengan energi yang cukup untuk menggairahkan pemilihan. Ketika ini terjadi, atom tidak dapat lagi mempertahankan ikatannya dengan partikel.

Bentuk radiasi tertentu membawa energi yang cukup untuk mengionisasi berbagai atom atau molekul. Mereka dapat menyebabkan kerusakan signifikan pada entitas biologis dengan menyebabkan kanker atau masalah kesehatan signifikan lainnya. Tingkat kerusakan radiasi adalah masalah seberapa banyak radiasi yang diserap oleh organisme.

Batas minimum energi yang dibutuhkan untuk radiasi dianggap pengion sekitar 10 elektron volt (10 eV). Ada beberapa bentuk radiasi yang secara alami ada di atas ambang batas ini:

• Sinar gamma: Sinar gamma (biasanya ditunjuk oleh huruf Yunani γ) adalah bentuk radiasi elektromagnetik. Mereka mewakili bentuk cahaya energi tertinggi di alam semesta. Sinar gamma terjadi dari berbagai proses, mulai dari aktivitas di dalam reaktor nuklir hingga ledakan bintang yang disebut supernova dan acara yang sangat energik yang dikenal sebagai burster sinar gamma. Karena sinar gamma adalah radiasi elektromagnetik, mereka tidak mudah berinteraksi dengan atom kecuali terjadi tabrakan langsung. Dalam hal ini sinar gamma akan "membusuk" menjadi pasangan elektron-positron. Namun, jika sinar gamma diserap oleh entitas biologis (mis. Seseorang), maka kerusakan yang signifikan dapat dilakukan karena dibutuhkan energi yang cukup besar untuk menghentikan radiasi tersebut. Dalam pengertian ini, sinar gamma mungkin merupakan bentuk radiasi paling berbahaya bagi manusia. Untungnya, sementara mereka dapat menembus beberapa mil ke atmosfer kita sebelum mereka berinteraksi dengan atom, atmosfer kita cukup tebal sehingga sebagian besar sinar gamma diserap sebelum mereka mencapai tanah. Namun, astronot di ruang angkasa tidak memiliki perlindungan dari mereka, dan terbatas pada jumlah waktu yang mereka dapat habiskan "di luar" pesawat ruang angkasa atau stasiun ruang angkasa. Meskipun radiasi gamma dosis sangat tinggi bisa berakibat fatal, namun kemungkinan besar akibat paparan berulang dosis sinar gamma di atas rata-rata (seperti yang dialami oleh astronot, misalnya) adalah peningkatan risiko kanker. Ini adalah sesuatu yang dipelajari dengan cermat oleh para pakar ilmu kehidupan dalam badan-badan antariksa dunia.
• sinar X: sinar-x adalah, seperti sinar gamma, bentuk gelombang elektromagnetik (cahaya). Mereka biasanya dipecah menjadi dua kelas: sinar-x lembut (yang memiliki panjang gelombang lebih panjang) dan sinar-x keras (yang memiliki panjang gelombang lebih pendek). Semakin pendek panjang gelombang (mis lebih sulit x-ray) semakin berbahaya. Inilah sebabnya mengapa x-ray energi lebih rendah digunakan dalam pencitraan medis. Sinar-X biasanya akan mengionisasi atom yang lebih kecil, sementara atom yang lebih besar dapat menyerap radiasi karena mereka memiliki celah yang lebih besar dalam energi ionisasi mereka. Inilah sebabnya mengapa mesin x-ray akan mencitrakan hal-hal seperti tulang dengan sangat baik (mereka terdiri dari unsur-unsur yang lebih berat) sementara mereka adalah pencitraan jaringan lunak (unsur-unsur ringan) yang buruk. Diperkirakan bahwa mesin x-ray, dan perangkat turunan lainnya, bertanggung jawab atas antara 35-50% radiasi pengion yang dialami oleh orang-orang di Amerika Serikat.
• Partikel alfa: Partikel alfa (ditunjuk oleh huruf Yunani α) terdiri dari dua proton dan dua neutron; komposisi yang persis sama dengan inti helium. Berfokus pada proses peluruhan alfa yang menciptakannya, inilah yang terjadi: partikel alfa itu dikeluarkan dari inti induk dengan kecepatan sangat tinggi (oleh karena itu energi tinggi), biasanya lebih dari 5% dari kecepatan cahaya. Beberapa partikel alfa datang ke Bumi dalam bentuk sinar kosmik dan dapat mencapai kecepatan lebih dari 10% dari kecepatan cahaya. Namun, secara umum, partikel alfa berinteraksi dalam jarak yang sangat pendek, jadi di Bumi ini, radiasi partikel alfa bukanlah ancaman langsung terhadap kehidupan. Itu hanya diserap oleh atmosfer luar kita. Namun demikian adalah bahaya bagi astronot.
• Partikel Beta: Hasil peluruhan beta, partikel beta (biasanya dijelaskan oleh huruf Yunani Β) adalah elektron energetik yang lepas ketika neutron meluruh menjadi proton, elektron, dan anti-neutrino. Elektron ini lebih berenergi daripada partikel alfa tetapi kurang dari pada sinar gamma berenergi tinggi. Biasanya, partikel beta tidak mempedulikan kesehatan manusia karena mudah terlindungi. Partikel beta yang dibuat secara artifisial (seperti akselerator) dapat menembus kulit lebih mudah karena memiliki energi yang jauh lebih tinggi. Beberapa tempat menggunakan sinar partikel ini untuk mengobati berbagai jenis kanker karena kemampuan mereka untuk menargetkan daerah yang sangat spesifik. Namun, tumor harus berada di dekat permukaan agar tidak merusak sejumlah besar jaringan yang diselingi.
• Radiasi Neutron: Netron berenergi sangat tinggi tercipta selama proses fusi nuklir atau fisi nuklir. Mereka kemudian dapat diserap oleh inti atom, menyebabkan atom masuk ke keadaan tereksitasi dan dapat memancarkan sinar gamma. Foton-foton ini kemudian akan menggairahkan atom-atom di sekitarnya, menciptakan reaksi berantai, yang menyebabkan area tersebut menjadi radioaktif. Ini adalah salah satu cara utama manusia terluka saat bekerja di sekitar reaktor nuklir tanpa alat pelindung yang tepat.

Sementara radiasi pengion (di atas) mendapatkan semua tekanan tentang yang berbahaya bagi manusia, radiasi non-pengion juga dapat memiliki efek biologis yang signifikan. Misalnya, radiasi non-pengion dapat menyebabkan hal-hal seperti terbakar sinar matahari. Namun, itulah yang kami gunakan untuk memasak makanan dalam oven microwave. Radiasi non-ionisasi juga dapat datang dalam bentuk radiasi termal, yang dapat memanaskan material (dan karenanya atom) ke suhu yang cukup tinggi untuk menyebabkan ionisasi. Namun, proses ini dianggap berbeda dari proses ionisasi kinetik atau foton.

• Gelombang radio: Gelombang radio adalah bentuk panjang gelombang terpanjang dari radiasi elektromagnetik (cahaya). Mereka membentang 1 milimeter hingga 100 kilometer. Namun rentang ini tumpang tindih dengan gelombang mikro (lihat di bawah). Gelombang radio diproduksi secara alami oleh galaksi aktif (khusus dari daerah sekitar mereka) lubang hitam supermasif), pulsar dan masuk sisa-sisa supernova. Tetapi mereka juga dibuat secara artifisial untuk keperluan transmisi radio dan televisi.
• Gelombang mikro: Didefinisikan sebagai panjang gelombang cahaya antara 1 milimeter dan 1 meter (1.000 milimeter), gelombang mikro kadang-kadang dianggap sebagai bagian dari gelombang radio. Faktanya, astronomi radio pada umumnya mempelajari gelombang mikro, karena radiasi gelombang yang lebih panjang sangat sulit untuk dideteksi karena akan membutuhkan detektor dengan ukuran sangat besar; karenanya hanya beberapa rekan di luar panjang gelombang 1 meter. Sementara non-ionisasi, gelombang mikro masih bisa berbahaya bagi manusia karena dapat memberikan sejumlah besar energi panas ke suatu benda karena interaksinya dengan air dan uap air. (Inilah sebabnya mengapa observatorium gelombang mikro biasanya ditempatkan di tempat yang tinggi dan kering di Bumi, untuk mengurangi jumlah gangguan yang dapat disebabkan oleh uap air di atmosfer kita pada percobaan ini.
• Radiasi infra merah: Radiasi inframerah adalah pita radiasi elektromagnetik yang menempati panjang gelombang antara 0,74 mikrometer hingga 300 mikrometer. (Ada 1 juta mikrometer dalam satu meter.) Radiasi inframerah sangat dekat dengan cahaya optik, dan oleh karena itu teknik yang sangat mirip digunakan untuk mempelajarinya. Namun, ada beberapa kesulitan untuk diatasi; yaitu cahaya inframerah yang dihasilkan oleh benda-benda yang sebanding dengan "suhu kamar". Karena elektronik yang digunakan untuk menyalakan dan mengontrol teleskop inframerah akan berjalan pada suhu seperti itu, instrumen itu sendiri akan mengeluarkan cahaya inframerah, mengganggu akuisisi data. Oleh karena itu instrumen didinginkan menggunakan helium cair, sehingga mengurangi foton inframerah asing memasuki detektor. Sebagian besar dari apa matahari memancarkan yang mencapai permukaan bumi sebenarnya adalah cahaya inframerah, dengan radiasi terlihat tidak jauh di belakang (dan ultraviolet sepertiga jauh).

• Cahaya Terlihat (Optik): Kisaran panjang gelombang cahaya tampak adalah 380 nanometer (nm) dan 740 nm. Ini adalah radiasi elektromagnetik yang dapat kita deteksi dengan mata kita sendiri, semua bentuk lainnya tidak terlihat oleh kita tanpa bantuan elektronik. Cahaya tampak sebenarnya hanya sebagian kecil dari spektrum elektromagnetik, oleh karena itu penting untuk mempelajari semua panjang gelombang lain dalam astronomi untuk mendapatkan gambaran lengkap dari alam semesta dan untuk memahami mekanisme fisik yang mengatur tubuh surgawi.
• Radiasi Blackbody: Benda hitam adalah benda yang memancarkan radiasi elektromagnetik saat dipanaskan, panjang gelombang puncak cahaya yang dihasilkan akan sebanding dengan suhu (ini dikenal sebagai Hukum Wien). Tidak ada benda hitam yang sempurna, tetapi banyak benda seperti Matahari, Bumi, dan gulungan pada kompor listrik Anda merupakan perkiraan yang cukup bagus.
• Radiasi Termal: Ketika partikel-partikel di dalam suatu material bergerak karena suhunya, energi kinetik yang dihasilkan dapat digambarkan sebagai energi termal total sistem. Dalam kasus benda hitam (lihat di atas) energi panas dapat dilepaskan dari sistem dalam bentuk radiasi elektromagnetik.

Radiasi, seperti yang bisa kita lihat, adalah salah satu aspek mendasar dari alam semesta. Tanpanya, kita tidak akan memiliki cahaya, panas, energi, atau kehidupan.

Diedit oleh Carolyn Collins Petersen.