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 los fotones.

El espectro electromagnético cubre las ondas electromagnéticas con frecuencias que van desde menos de un hercio hasta más de 10hercios, correspondientes 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, estos son: ondas de radio, microondas, infrarrojos, 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, como la forma en que se producen, cómo interactúan con la materia y sus aplicaciones prácticas. No existe un límite conocido para longitudes de onda largas, mientras que se cree que el límite de longitud de onda corta está cerca de la longitud de Planck.El ultravioleta extremo, los rayos X suaves, los rayos X duros y los rayos gamma se clasifican como radiación ionizante porque sus fotones tienen suficiente energía para ionizar los átomos, provocando reacciones químicas. La exposición a la radiación ionizante puede ser un peligro para la salud, causando enfermedad por radiación, daño al ADN y cáncer. La radiación de luz visible y longitudes de onda más largas se clasifican como radiación no ionizante porque no tienen energía suficiente para causar estos efectos.

A lo largo de la mayor parte del espectro electromagnético, la espectroscopia se puede utilizar para separar ondas de diferentes frecuencias, produciendo un espectro de las frecuencias constituyentes. La espectroscopia se utiliza para estudiar las interacciones de las ondas electromagnéticas con la materia.

Historia y descubrimiento

Los seres humanos siempre han sido conscientes de la luz visible y el calor radiante, pero durante la mayor parte de la historia no se sabía que estos fenómenos estaban conectados o eran representantes de un principio más extenso. Los antiguos griegos reconocieron que la luz viajaba en línea recta y estudiaron algunas de sus propiedades, incluidas la reflexión y la refracción. La luz se estudió intensamente desde principios del siglo XVII, lo que llevó a la invención de importantes instrumentos como el telescopio y el microscopio. Isaac Newton fue el primero en utilizar el término espectro.por la gama de colores en que se puede dividir la luz blanca con un prisma. A partir de 1666, Newton demostró que estos colores eran intrínsecos a la luz y podían recombinarse en luz blanca. Surgió un debate sobre si la luz tenía una naturaleza de onda o una naturaleza de partícula con René Descartes, Robert Hooke y Christiaan Huygens a favor de una descripción de onda y Newton a favor de una descripción de partícula. Huygens, en particular, tenía una teoría bien desarrollada de la que pudo derivar las leyes de reflexión y refracción. Alrededor de 1801, Thomas Young midió la longitud de onda de un haz de luz con su experimento de dos rendijas, demostrando así de manera concluyente que la luz era una onda.

En 1800, 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. Teorizó que este cambio de temperatura se debía a los "rayos caloríficos", 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 inducían ciertas reacciones químicas). Estos se comportaron de manera similar a los rayos de luz violeta visible, pero estaban más allá de ellos en el espectro. Más tarde fueron rebautizados como radiación ultravioleta.

El estudio del electromagnetismo comenzó en 1820 cuando Hans Christian Ørsted descubrió que las corrientes eléctricas producen campos magnéticos (ley de Oersted). La luz se relacionó por primera vez 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 Clerk Maxwell desarrolló cuatro ecuaciones diferenciales parciales (ecuaciones de Maxwell) para el campo electromagnético. Dos de estas ecuaciones predijeron la posibilidad y el comportamiento de las ondas en el campo. Al analizar la velocidad de estas ondas teóricas, Maxwell se dio cuenta de que debían viajar a una velocidad cercana a la conocida como la de la luz. Esta sorprendente coincidencia de valor llevó a Maxwell a inferir que la luz en sí misma es un tipo de onda electromagnética. Maxwell' Las ecuaciones de s predijeron un rango 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 por Maxwell incluían ondas a frecuencias muy bajas en comparación con el infrarrojo, que en teoría podrían ser creadas por cargas oscilantes en un circuito eléctrico ordinario de cierto tipo. Intentando probar las ecuaciones de Maxwell y detectar esa radiación electromagnética de baja frecuencia, en 1886, el físico Heinrich Hertz construyó un aparato para generar y detectar lo que ahora se llama ondas de radio. Hertz encontró las ondas y pudo inferir (al medir su longitud de onda y multiplicarla por su frecuencia) que viajaban a la velocidad de la luz. Hertz también demostró que la nueva radiación podría ser tanto reflejada como 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 ondas allanaron el camino para inventos 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 esta radiación "rayos X" y descubrió que podían viajar a través de partes del cuerpo humano pero eran reflejados o detenidos por materia más densa como los huesos. En poco tiempo, se encontraron muchos usos para esta radiografía.

La última porción del espectro electromagnético se completó con el descubrimiento de los rayos gamma. En 1900, Paul Villard estaba estudiando las emisiones radiactivas del radio cuando identificó un nuevo tipo de radiación que al principio pensó que consistía en partículas similares a las conocidas partículas alfa y beta, pero con el poder de ser mucho más penetrantes que cualquiera de ellas. 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 (quien 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 descubrieron que los rayos gamma eran similares a los rayos X, pero con longitudes de onda más cortas.

El debate onda-partícula se reavivó en 1901 cuando Max Planck descubrió que la luz solo se absorbe en "cuantos" discretos, ahora llamados fotones, lo que implica que la luz tiene una naturaleza de partículas. Esta idea fue explicitada por Albert Einstein en 1905, pero nunca aceptada por Planck y muchos otros contemporáneos. La posición moderna de la ciencia es que la radiación electromagnética tiene una naturaleza tanto de onda como de partícula, la dualidad onda-partícula. Las contradicciones que surgen de esta posición aún están siendo debatidas por científicos y filósofos.

Rango

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 fotónica E. Las frecuencias observadas en astronomía van desde2,4 × 10 Hz (rayos gamma de 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 indefinidamente largas. La energía de los fotones 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 electronvoltios), mientras que los fotones de ondas de radio tienen una energía muy baja (alrededor de un femtoelectronvoltio). Estas relaciones se ilustran mediante las siguientes ecuaciones:

dónde:

• c =299 792 458 m/s es la velocidad de la luz en el vacío
• h =6.626 070 15 × 10 J·s =4.135 667 33 (10) × 10 eV·s es la constante de Planck.

Siempre que existen ondas electromagnéticas en un medio con materia, su longitud de onda disminuye. Las longitudes de onda de la radiación electromagnética, independientemente del medio por el que viajen, suelen expresarse en términos de la longitud de onda del vacío, aunque esto no siempre se indica de forma explícita.

Generalmente, la radiación electromagnética se clasifica por longitud de onda en ondas de radio, microondas, infrarrojos, luz visible, 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 cuanto (fotón) que transporta.

La espectroscopia puede detectar una región mucho más amplia del espectro EM que el rango de longitud de onda visible de 400 nm a 700 nm en el vacío. Un espectroscopio de laboratorio común puede detectar longitudes de onda de 2 nm a 2500 nm. A partir de este tipo de dispositivo se puede obtener información detallada sobre las propiedades físicas de objetos, gases o incluso estrellas. Los espectroscopios son ampliamente utilizados en astrofísica. Por ejemplo, muchos átomos de hidrógeno emiten un fotón de ondas de radio que tiene una longitud de onda de 21,12 cm. Además, las frecuencias de 30 Hz e inferiores pueden ser producidas y son importantes en el estudio de ciertas nebulosas estelares y frecuencias tan altas comoSe han detectado 2,9 × 10 Hz de fuentes astrofísicas.

Regiones

Los tipos de radiación electromagnética se clasifican en términos generales en las siguientes clases (regiones, bandas o tipos):

1. Radiación gamma
2. radiación de rayos x
3. Radiación ultravioleta
4. Luz visible
5. Radiación infrarroja
6. radiación de microondas
7. Ondas de radio

Esta clasificación va en orden creciente de longitud de onda, que es característica del tipo de radiación.

No existen límites definidos con precisión entre las bandas del espectro electromagnético; más bien se desvanecen entre sí como las bandas de un arco iris (que es el subespectro 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 en que puede excitar y agregar energía a algunos enlaces químicos y, de hecho, debe hacerlo para impulsar los mecanismos químicos responsables de la fotosíntesis y el funcionamiento del sistema visual.

La distinción entre rayos X y rayos gamma se basa en parte en las fuentes: los fotones generados por la descomposición nuclear u otros procesos nucleares y subnucleares/de partículas siempre se denominan rayos gamma, mientras que los rayos X son generados por transiciones electrónicas que involucran electrones atómicos internos altamente energéticos.. 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 con las transiciones electrónicas, también se dice que las transiciones de átomos muónicos producen rayos X, aunque su energía puede exceder los 6 megaelectronvoltios (0,96 pJ), mientras que hay muchos (se sabe que 77 tienen menos de 10 keV (1,6 fJ)) bajos -transiciones nucleares de energía (p. ej., la transición nuclear de 7,6 eV (1,22 aJ) del torio-229m), y, a pesar de ser un millón de veces menos energético que algunos rayos X muónicos, los fotones emitidos todavía se denominan rayos gamma debido a su origen nuclear.

Sin embargo, la convención de que la radiación EM que se sabe que proviene del núcleo siempre se denomina radiación de "rayos gamma" es la única convención 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 de > 10 MeV), que es de mayor energía que cualquier rayo gamma nuclear, no se llama rayos X o rayos gamma, sino por el término genérico de "fotones de alta energía".

La región del espectro donde cae una radiación electromagnética particular observada depende del marco de referencia (debido al desplazamiento Doppler de la luz), por lo que la radiación EM que un observador diría que está en una región del espectro podría parecerle a un observador que se mueve a una velocidad determinada. fracción sustancial de la velocidad de la luz con respecto a la primera al estar en otra parte del espectro. Por ejemplo, considere el fondo cósmico de microondas. Se produjo 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, colocándolos en la parte ultravioleta (UV) del espectro electromagnético.

Justificación de los nombres

La radiación electromagnética interactúa con la materia de diferentes maneras a lo largo del 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. Así, aunque estos "diferentes tipos" de radiación electromagnética formen un espectro cuantitativamente continuo de frecuencias y longitudes de onda, el espectro permanece dividido por razones prácticas relacionadas con estas diferencias de interacción cualitativas.

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 de plasma (solo en metales)
Visible	Excitación de electrones moleculares (incluidas las moléculas de pigmento que se encuentran en la retina humana), oscilaciones de plasma (solo en metales)
Ultravioleta	Excitación de electrones de valencia atómica y molecular, incluida la eyección de electrones (efecto fotoeléctrico)
Rayos X	Excitación y eyección de electrones atómicos centrales, dispersión Compton (para números atómicos bajos)
Rayos gamma	Eyección energética de electrones centrales en elementos pesados, dispersión Compton (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 energías muy altas, un solo fotón puede crear una lluvia de partículas y antipartículas de alta energía al interactuar con la materia.

Tipos de radiación

Ondas de radio

Las ondas de radio son emitidas y recibidas por antenas, que consisten en conductores como resonadores de varillas de metal. 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 como 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 a 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 utilizan ampliamente para transmitir información a través de distancias en sistemas de comunicación por radio, como transmisiones de radio, 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, la frecuencia o la fase, y se aplica a una antena. Las ondas de radio transportan la información a través del espacio hasta 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 balizas de navegación, y para localizar objetos distantes en radiolocalización y radar. También se utilizan para control remoto y para calefacción industrial.

El uso del espectro radioeléctrico está estrictamente regulado por los gobiernos, coordinado por la 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 unos 10 centímetros a un milímetro, en las bandas de frecuencia SHF y EHF. La energía de microondas se produce con tubos klystron y magnetron, y con dispositivos de estado sólido como los diodos Gunn e IMPATT. Aunque son emitidos y absorbidos por antenas cortas, también son absorbidos por moléculas polares, acoplándose a modos de vibración y rotación, lo que resulta en un calentamiento masivo. A diferencia de las ondas de alta frecuencia, como los infrarrojos 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 calefacción industrial y diatermia médica. Las microondas son las principales longitudes de onda utilizadas en el radar y se utilizan para la comunicación por satélite, y tecnologías de redes inalámbricas como Wi-Fi. Los cables de cobre (líneas de transmisión) que se utilizan para transportar ondas de radio de frecuencia más baja a las antenas tienen pérdidas de energía excesivas en las frecuencias de microondas, y se utilizan tuberías de metal 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 prácticas de propagación a unos pocos kilómetros.

La radiación de terahercios o radiación submilimétrica es una región del espectro de aproximadamente 100 GHz a 30 terahercios (THz) entre microondas e infrarrojo lejano que puede considerarse perteneciente a cualquiera de las bandas. Hasta hace poco, el rango rara vez se estudiaba y existían pocas fuentes de energía de microondas en la llamada brecha 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 a las tropas enemigas para incapacitar sus equipos electrónicos. La radiación de terahercios 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 puede llamarse microondas u 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 con tanta fuerza en este rango que hace que la atmósfera se vuelva opaca. Sin embargo, hay ciertos rangos de longitud de onda ("ventanas") dentro del rango opaco que permiten una transmisión parcial y pueden usarse para astronomía. El rango de longitud de onda desde aproximadamente 200 μm hasta unos pocos mm a menudo se denomina astronomía submilimétrica, reservando el infrarrojo lejano para longitudes de onda por debajo de 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 vibraciones moleculares, donde los diferentes átomos de una molécula vibran alrededor de sus posiciones de equilibrio. Este rango a veces se denomina región de huellas dactilares, 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 (2500–750 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 pueden ser detectadas directamente por algunos tipos de películas fotográficas y por muchos tipos de sensores de imagen de estado sólido para fotografía y videografía infrarroja.

Luz visible

Color	Longitud de onda(nm)	Frecuencia(THz)	Energía fotónica(eV)
Violeta	380–450	670–790	2,75–3,26
azul	450–485	620–670	2,56–2,75
cian	485–500	600–620	2,48–2,56
verde	500–565	530–600	2.19–2.48
amarillo	565–590	510–530	2.10–2.19
naranja	590–625	480–510	1.98–2.10
rojo	625–750	400–480	1,65–1,98

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 visible.Por definición, la luz visible es la parte del espectro EM a la que el ojo humano es más sensible. La luz visible (y la luz del infrarrojo cercano) generalmente es absorbida y emitida por 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 las plantas. La luz que excita el sistema visual humano es una porción muy pequeña del espectro electromagnético. Un arco iris muestra la parte óptica (visible) del espectro electromagnético; el infrarrojo (si se pudiera ver) se ubicaría justo más allá del lado rojo del arco iris, mientras que el ultravioleta aparecería justo más allá del extremo violeta opuesto.

El ojo humano detecta la radiación electromagnética con una longitud de onda entre 380 nm y 760 nm (400–790 terahercios) y la percibe como luz visible. Otras longitudes de onda, especialmente el infrarrojo cercano (más de 760 nm) y el ultravioleta (más corto que 380 nm) también se denominan 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 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 EM se refleja en un objeto, por ejemplo, un plato de frutas, y luego golpea los ojos, esto da como resultado la percepción visual de la escena. El sistema visual del cerebro procesa la multitud de frecuencias reflejadas en diferentes tonos y matices, ya través de este fenómeno psicofísico insuficientemente entendido, la mayoría de las personas perciben un plato de frutas.

Sin embargo, en la mayoría de las longitudes de onda, los sentidos humanos no detectan directamente la información transportada por la radiación electromagnética. 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 infrarrojo), puede transportar información. La modulación es similar a la utilizada con las ondas de radio.

Radiación ultravioleta

Le sigue en frecuencia 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.

Los rayos ultravioleta son la radiación de longitud de onda más larga cuyos fotones son lo suficientemente energéticos como para ionizar los átomos, separando los electrones de ellos y, por lo tanto, provocando reacciones químicas. Los rayos UV de longitud de onda corta y la radiación de longitud de onda más corta que se encuentra por encima (rayos X y rayos gamma) se denominan 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 hacer que muchas sustancias brillen con luz visible; esto se llama fluorescencia.

En el rango medio de UV, los rayos UV no pueden ionizarse pero pueden romper enlaces químicos, haciendo que las moléculas sean inusualmente reactivas. Las quemaduras solares, por ejemplo, son causadas por los efectos perjudiciales de la radiación ultravioleta de rango medio sobre 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 significativa de radiación ultravioleta (alrededor del 10 % de su potencia total), incluida la ultravioleta de longitud de onda extremadamente corta que podría destruir la mayor parte de la vida en la tierra (el agua del océano brindaría cierta protección para la vida allí). Sin embargo, la mayoría de las dañinas longitudes de onda UV del Sol son absorbidas por la atmósfera antes de que alcancen la superficie. Los rangos de mayor energía (longitud de onda más corta) de UV (llamados "UV de vacío") son absorbidos por nitrógeno y, en longitudes de onda más largas, por oxígeno diatómico simple en el aire. La capa de ozono bloquea la mayor parte de los rayos UV en el rango medio de energía, que absorbe fuertemente en el rango importante de 200 a 315 nm, la parte de energía más baja de la cual es demasiado larga para que la absorba el dioxígeno común en el aire. Esto deja menos del 3% de la luz solar al nivel del mar en UV, con todo este resto en las energías más bajas. El resto es UV-A, junto con algo de UV-B. El rango de energía ultravioleta más bajo entre 315 nm y la luz visible (llamado UV-A) no es bloqueado bien por la atmósfera, pero no causa quemaduras solares y causa menos daño biológico. Sin embargo, no es inofensivo y crea radicales de oxígeno, mutaciones y daños en la piel.

Rayos X

Después de los rayos 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 mediante el 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' inferiores al equivalente 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 la física de alta energía. En astronomía, los discos de acreción alrededor de las estrellas de neutrones y los agujeros negros emiten rayos X, lo que permite estudiar estos fenómenos. Los rayos X también son emitidos por la corona estelar y son fuertemente emitidos por algunos tipos de nebulosas. Sin embargo, los telescopios de rayos X deben colocarse fuera de la Tierra'), equivalente a 10 metros de 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 vienen los rayos gamma, que fueron descubiertos por Paul Ulrich Villard en 1900. Estos son los fotones más energéticos y 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, al igual que con los rayos X, esto solo se puede hacer con telescopios fuera de la atmósfera terrestre. Los rayos gamma son utilizados experimentalmente por los físicos por su capacidad de penetración y son producidos por una serie de radioisótopos. Se utilizan para la irradiación de alimentos y semillas para la esterilización, y en medicina se utilizan ocasionalmente en la radioterapia contra el cáncer. Más comúnmente, los rayos gamma se usan para imágenes de diagnóstico en medicina nuclear, un ejemplo son las tomografías PET. La longitud de onda de los rayos gamma se puede medir con gran precisión mediante los efectos de la dispersión Compton.