Αρχική > επιστήμη > α. Στίβεν Χόκινγκ– β. the electromagnetic spectrum

α. Στίβεν Χόκινγκ– β. the electromagnetic spectrum

clip_image002

The impor­tant thing is not to stop ques­tion­ing. Curios­ity has its own rea­son for existing.”

Albert Einstein

Η Φυσική πάντα άνοιγε νέα μονοπάτια στην ανθρώπινη σκέψη, πάντα έθετε νέα ερωτήματα στις στοχαστικές αναζητήσεις διανοούμενων και επιστημόνων. Η Φυσική δεν αφορά κάποιους ειδικούς. Αφορά όλους μας, γιατί ανιχνεύει και διαμορφώνει τον αυριανό κόσμο. Ποιος / ποια δεν θέλει να είναι έτοιμος / έτοιμη; Γι’ αυτό προτείνω να διαβάσετε με προσοχή αυτά τα δύο άρθρα, είναι ενδιαφέροντα από κάθε άποψη.

Επιμέλεια: Νίκου Τσούλια

Catherine De Lange, ΤΟ ΒΗΜΑ 15.1.12

Ο Στίβεν Χόκινγκ στα 70

Σε μια αποκλειστική συνέντευξη στο «New Scientist» κάνει μια αναδρομή στη ζωή και στο έργο του

Ο Στίβεν Χόκινγκ στα 70

Στο μήνυμα για τα γενέθλιά του ο Στίβεν Χόκινγκ έδωσε σε όλους μας μια συμβουλή: «Να κοιτάτε ψηλά, στα αστέρια και όχι κάτω, στα πόδια σας. Να είστε περίεργοι. Και όσο δύσκολη και αν μοιάζει η ζωή σας, μπορείτε πάντα να βρείτε να κάνετε κάτι και να πετύχετε σε αυτό. Το ζήτημα είναι να μην το βάζετε κάτω»

(Πηγή: REUTERS/Handout/Sarah Lee/The Science Museum)

ΤΟ ΒΗΜΑ / NewScientist

Ο Στίβεν Χόκινγκ είναι ένας από τους μεγαλύτερους φυσικούς στον κόσμο, διάσημος για το έργο του σχετικά με τις μαύρες τρύπες. Εξαιτίας της πάθησής του αυτή τη στιγμή μπορεί να επικοινωνεί μόνο κάνοντας συσπάσεις με το μάγουλο. Οι απαντήσεις του στις ερωτήσεις συμπληρώνονται με την εξήγηση από το «New Scientist» των εννοιών που ο ίδιος περιγράφει.

– Ποια ήταν η πιο ενδιαφέρουσα εξέλιξη στη Φυσική κατά τη διάρκεια της σταδιοδρομίας σας;

«Η ανακάλυψη από το COBE απειροελάχιστων μεταβολών στη θερμοκρασία της μικροκυματικής κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου και η επακόλουθη επιβεβαίωση από το WMAP ότι αυτές βρίσκονται σε άριστη συμφωνία με τις προβλέψεις του πληθωρισμού. Ο δορυφόρος Planck ίσως ανιχνεύσει το αποτύπωμα των βαρυτικών κυμάτων που προβλέπονται από τον πληθωρισμό. Κάτι τέτοιο θα είναι σαν να βλέπουμε την κβαντική βαρύτητα γραμμένη στον ουρανό».

Το «New Scientist» συμπληρώνει: Οι δορυφόροι COBE και WMAP μέτρησαν τη μικροκυματική κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου, τα υπολείμματα της Μεγάλης Εκρηξης που είναι διάχυτα σε όλο το Διάστημα. Η θερμοκρασία της είναι σχεδόν απόλυτα ομοιόμορφη – κάτι το οποίο αποτέλεσε σημαντική ενίσχυση για τη θεωρία του πληθωρισμού, η οποία προβλέπει ότι το Σύμπαν λίγο μετά τη Μεγάλη Εκρηξη πέρασε μια περίοδο υπερβολικά γρήγορης επέκτασης η οποία ίσιωσε όλες τις ζάρες του.

Αν ο πληθωρισμός συνέβη πράγματι, θα πρέπει να έστειλε κυματισμούς – βαρυτικά κύματα – σε όλον τον χωροχρόνο, κάτι το οποίο θα προκαλούσε στην κοσμική ακτινοβολία υποβάθρου μεταβολές θερμοκρασίας υπερβολικά μικρές ώστε να έχουν εντοπισθεί ως τώρα. Ο δορυφόρος Planck, η αποστολή του Ευρωπαϊκού Οργανισμού Διαστήματος για μια ακόμη ακριβέστερη μελέτη της κοσμικής ακτινοβολίας υποβάθρου, μάλλον θα μπορέσει να τις δει.

– Ο Αϊνστάιν έλεγε ότι η κοσμολογική σταθερά ήταν η «μεγαλύτερη γκάφα» του. Ποια ήταν η δική σας;

«Κάποτε πίστευα ότι οι πληροφορίες καταστρέφονται μέσα στις μαύρες τρύπες. Η αντιστοιχία AdS/CFT με έκανε όμως να αλλάξω γνώμη. Αυτή ήταν η μεγαλύτερη γκάφα μου ή τουλάχιστον η μεγαλύτερη γκάφα μου στην επιστήμη».

«NS»: Οι μαύρες τρύπες καταβροχθίζουν οτιδήποτε βρεθεί πολύ κοντά τους, συμπεριλαμβανομένων των πληροφοριών. Το 1975, όμως, μαζί με τον ισραηλινό φυσικό Γιάκομπ Μπέκενσταϊν, ο κ. Χόκινγκ έδειξε ότι οι μαύρες τρύπες εκπέμπουν αργά ακτινοβολία, με αποτέλεσμα σιγά σιγά να εξατμίζονται και τελικά να εξαφανίζονται. Τι γίνεται τότε με τις πληροφορίες που έχουν καταπιεί; Ο κ. Χόκινγκ υποστήριζε επί δεκαετίες ότι καταστρέφονται – μια μεγάλη πρόκληση για τις θεωρίες της συνέχειας και του αιτίου και αιτιατού. Το 1997 ωστόσο ο θεωρητικός Χουάν Μαλντασένα ανέπτυξε μια μαθηματική συντόμευση, την αντιστοιχία Anti-de-Sitter/σύμμορφης θεωρίας πεδίου ή εν συντομία AdS/CFT. Αυτή συνδέει γεγονότα που βρίσκονται σε μια γεωμετρία στρεβλωμένου χωροχρόνου όπως αυτή που επικρατεί μέσα σε μια μαύρη τρύπα με την απλούστερη φυσική που παρατηρείται στα όριά της.

Το 2004 ο κ. Χόκινγκ χρησιμοποίησε αυτή την αντιστοιχία για να δείξει πώς οι πληροφορίες μιας μαύρης τρύπας διαρρέουν ξανά πίσω στο Σύμπαν μας μέσω κβαντομηχανικών διαταραχών στα όριά της, δηλαδή στον λεγόμενο ορίζοντα γεγονότων της. Η αποκήρυξη της προηγούμενης θεωρίας του κόστισε στον κ. Χόκινγκ ένα στοίχημα που είχε βάλει με τον συνάδελφό του θεωρητικό φυσικό Τζον Πρέσκιλ μία δεκαετία νωρίτερα.

– Ποια ανακάλυψη θα έφερνε μεγαλύτερη επανάσταση στην κατανόησή μας για το Σύμπαν;

«Η ανακάλυψη υπερσυμμετρικών εταίρων των γνωστών θεμελιωδών σωματιδίων, ίσως στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων. Κάτι τέτοιο θα αποτελούσε ισχυρή ένδειξη υπέρ της θεωρίας Μ».

«NS»: Η αναζήτηση υπερσυμμετρικών σωματιδίων αποτελεί έναν από τους βασικούς στόχους του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων (LHC) στο CERN. Το Καθιερωμένο Μοντέλο της Σωματιδιακής Φυσικής θα συμπληρωνόταν με την εύρεση του μποζονίου Χιγκς, έχει όμως επίσης αρκετά προβλήματα τα οποία θα λύνονταν αν όλα τα γνωστά στοιχειώδη σωματίδια είχαν έναν βαρύτερο «υπερεταίρο». Ενδείξεις υπέρ της υπερσυμμετρίας θα στήριζαν τη θεωρία Μ – την 11 διαστάσεων εκδοχή της θεωρίας των χορδών που αποτελεί αυτή τη στιγμή τον επικρατέστερο υποψήφιο για μια «θεωρία των πάντων» η οποία θα ενώνει τη βαρύτητα με τις άλλες δυνάμεις της φύσης.

– Αν ήσασταν ένας νεαρός φυσικός που ξεκινάει μόλις τώρα, τι θα μελετούσατε;

«Θα είχα μια καινούργια ιδέα που θα άνοιγε ένα νέο πεδίο».

– Τι σκέφτεστε περισσότερο κατά τη διάρκεια της ημέρας;

«Τις γυναίκες. Είναι ένα απόλυτο μυστήριο».

Ο Στίβεν Χόκινγκ δοκιμάζει την εμπειρία της μηδενικής βαρύτητας σε μια πτήση που διοργανώθηκε ειδικά για αυτόν το 2007

O ΣΩΤΗΡΑΣ ΤΗΣ ΦΩΝΗΣ ΤΟΥ

Ο Σαμ Μπλάκμπερν ήταν υπεύθυνος για την τεχνολογία που επέτρεπε στον Στίβεν Χόκινγκ να επικοινωνεί με τους γύρω του τα τελευταία πέντε χρόνια. Τώρα αποχωρεί. Η πρόκληση για τον διάδοχό του; Να διατηρεί αυτή τη γνωστή φωνή σε λειτουργία.

– Ησαστε ο τεχνικός του Στίβεν Χόκινγκ από το 2006. Ποια ήταν η πρώτη σας προτεραιότητα όταν ξεκινήσατε αυτή τη δουλειά;

«Αρχικά το σύστημα χαλούσε όλη την ώρα. Μου τηλεφωνούσαν μέσα στη νύχτα για να μου πουν: “Ο Στίβεν δεν μπορεί να μιλήσει. Τι να κάνουμε;”. Χρειάστηκε λοιπόν να εκσυγχρονίσω το σύστημα. Ενα από τα πρώτα μέρη που βελτίωσα ήταν ο αισθητήρας υπερύθρων που είναι εφαρμοσμένος στο μάγουλο του Στίβεν. Είναι πιο εύκολο γι’ αυτόν να αποδεχθεί μια τέτοιου είδους ενισχυτική βελτίωση απ’ ό,τι ένα ριζικά καινούργιο σύστημα επειδή η καμπύλη εκμάθησης που σχετίζεται με κάτι τέτοιο είναι πολύ απότομη. Ο Στίβεν δεν θα μπορούσε να ζητήσει βοήθεια επειδή ακριβώς το πράγμα που δεν θα μπορούσε να χρησιμοποιήσει θα ήταν το σύστημα ομιλίας. Είναι κατανοητό ότι αυτό τον έκανε πολύ απρόθυμο προς την αναβάθμιση».

– Η φωνή του Στίβεν είναι πολύ χαρακτηριστική, λέτε όμως ότι ίσως υπάρξει πρόβλημα για τη διατήρησή της;

«Υποπτεύομαι ότι το πιο ενδιαφέρον πράγμα στο γραφείο μου είναι ένα μικρό γκρίζο κουτί, το οποίο περιέχει το μοναδικό αντίγραφο που έχουμε από τον παλαιό ηλεκτρονικό συνθέτη φωνής του Στίβεν. Η κάρτα που έχει μέσα είναι από τη δεκαετία του 1980 και έχει τη φωνή του Στίβεν. Εχει επάνω της έναν επεξεργαστή ο οποίος διαθέτει ένα μοναδικό πρόγραμμα που μετατρέπει το κείμενο σε ομιλία, η οποία ακούγεται σαν αυτή του Στίβεν και έχουμε μόνο δύο τέτοιες κάρτες. Η εταιρεία που τις έφτιαχνε χρεοκόπησε και κανένας δεν ξέρει πια πώς λειτουργούν. Προσπαθώ να διεισδύσω στον μηχανισμό τους, πράγμα το οποίο είναι αρκετά δύσκολο».

– Δεν μπορείτε να την ενημερώσετε με έναν καινούργιο ηλεκτρονικό συνθέτη φωνής;

«Οχι. Πρέπει να ακούγεται ακριβώς η ίδια. Η φωνή είναι κατά τη γνώμη μου ένα από τα μοναδικά πράγματα που καθορίζουν τον Στίβεν. Θα μπορούσε εύκολα να αλλάξει φωνή, να έχει μια φωνή πιο καθαρή, ίσως και πιο ευχάριστη στο αφτί, λιγότερο ρομποτική στο άκουσμα, δεν θα ήταν όμως πια η φωνή του Στίβεν».

– Πώς ακριβώς επικοινωνεί ο Στίβεν;

«Χρησιμοποιεί για να μιλήσει ένα μενού που ελέγχεται από έναν ηλεκτρονικό υπολογιστή περίπου από το 1986. Βασικά ένας υπολογιστής φωτίζει κουτιά σε ένα μεγάλο πλέγμα από γράμματα ή λέξεις και όταν φωτίζεται το σωστό ο χρήστης πατάει ένα είδος διακόπτη. Οταν πια δεν μπορούσε να κουνήσει τα χέρια του αρκετά ώστε να πατήσει τον διακόπτη πέρασε σε ένα σύστημα υπερύθρων που είναι εφαρμοσμένο στα γυαλιά του και ανιχνεύει τις κινήσεις των μυών στο μάγουλό του».

– Τι θα γίνει όταν ο Στίβεν δεν θα μπορεί πλέον να χρησιμοποιήσει τους μυς στο μάγουλό του;

«Ο Στίβεν έχει τη νόσο των κινητικών νευρώνων η οποία προκαλεί μια προοδευτική καταστροφή των νεύρων, και τώρα οι μύες του προσώπου του είναι οι μόνοι που μπορεί να ελέγξει σχετικά καλά. Και αυτοί χάνονται, δυστυχώς. Αυτό το ξέραμε πάντα, όμως ο Στίβεν έχει ξεπεράσει όλες τις εκτιμήσεις για τα στάδια του εκφυλισμού των νεύρων του.

Το αποτέλεσμα είναι ότι το σύστημα τώρα έχει γίνει πολύ αργό. Ο ρυθμός της ομιλίας του Στίβεν έχει μειωθεί σε περίπου μία λέξη το λεπτό και, παρ’ ότι έχω κάνει μικρές προόδους στην τεχνολογία που χρησιμοποιεί, ο εκφυλισμός των νεύρων έχει φθάσει πλέον σε ένα σημείο στο οποίο χρειάζεται να περάσουμε σε κάποια νέα τεχνολογία. Εχουμε δοκιμάσει μερικά συστήματα ανίχνευσης με τα μάτια, η άλλη μέθοδος είναι η απεικόνιση του εγκεφάλου, και υπάρχουν ένα σωρό τεχνικές για αυτό. Ως τώρα έχουμε εξετάσει μόνον αυτές που δεν απαιτούν επέμβαση – οπωσδήποτε όχι χειρουργείο, αλλά ούτε και ξύρισμα του κεφαλιού».

– Τον ενθουσιάζει η προοπτική του να χρησιμοποιήσει τόσο προωθημένες τεχνολογίες για να επικοινωνήσει καλύτερα;

«Εγώ ενθουσιάζομαι. Ο Στίβεν έχει μια πεισματάρικη στάση απέναντι σε αυτά τα πράγματα. Αισθάνεται ότι πρέπει να αποδείξει ότι μπορεί ακόμη να χρησιμοποιεί το υπάρχον σύστημά του. Ως αποτέλεσμα, όταν στο δωμάτιο βρίσκεται κάποιος ειδικός στις επικοινωνίες – κάποιος που προσπαθεί να του δείξει μια καινούργια τεχνολογία – η ταχύτητα με την οποία χρησιμοποιεί το υπάρχον σύστημα ξαφνικά αυξάνεται».

 
Σχολείο
More than meets the eye: the electromagnetic spectrum
sciencinschool 23 August 2011

image
Image courtesy of ESA

Claudia Mignone and Rebecca Barnes take us on a tour through the electromagnetic spectrum and introduce us to the European Space Agency’s fleet of science missions, which are opening our eyes to a mysterious and hidden Universe.

We learn about the world around us via our senses. Our eyes play a major role, because light carries a great deal of information about its source and about the objects that either reflect or absorb it. Like most animals, humans have a visual system that collects luminous signals and relays them to the brain. Our eyes, however, are only sensitive to a very small portion of the spectrum of light – we are blind to anything but what we call ‘visible’ light.

Or are we? Over the course of the 19th century, scientists discovered and visualised several different types of previously invisible light: ultraviolet (UV) and infrared (IR) radiation, X-rays and gamma-rays, radio waves and microwaves. It soon became evident that visible light and these newly discovered forms of light were all manifestations of the same thing: electromagnetic (EM) radiation (see Figure 1).

image
Figure 1: A scheme of the EM spectrum with indication of wavelengths, frequencies and energies

Image courtesy of ESA / AOES Medialab

The various types of EM radiation are distinguished by their energy: gamma-rays are the most energetic, followed by X-rays, UV, visible and IR light. Types of EM radiation with wavelengths longer than IR light are classed as radio waves. These are subdivided into sub-mm waves, microwaves and longer-wavelength radio waves. EM radiation propagates as waves that travel even in a vacuum. The energy (E) of the wave is related to its frequency (f): E = hf, where h is Planck’s constant, named after the German physicist Max Planck. The relationship between the frequency and wavelength (λ) of EM radiation is given by fλ = c, where c is the speed of light in a vacuum. These two relationships allow EM radiation to be described in terms not only of energy but also of frequency or wavelength.

Radiation at different energies (or frequencies, or wavelengths) is produced by different physical processes and can be detected in different ways – which is why, for example, UV light and radio waves have different applications in everyday life.

image
Figure 2: The EM spectrum and the opacity of the atmosphere. a) Gamma-rays, X-rays and UV light are blocked by the upper atmosphere (best observed from space). b) Visible light is observable from Earth, with some atmospheric distortion. c) Most of the IR spectrum is absorbed by the atmosphere (best observed from space). d) Sub-mm and microwaves can be observed from the ground at high altitudes in particularly dry climates. e) Mid-wavelength radio waves can easily be observed from the ground, but wavelengths over 10 m are absorbed by the atmosphere

Image courtesy of ESA / Hubble / F Granato

Towards the end of the 19th century, scientists began to investigate how this radiation from the cosmos could be captured to ‘see’ astronomical objects, such as stars and galaxies, in wavelengths beyond the visible range. First, however, they had to overcome the barrier of Earth’s atmosphere.

The atmosphere is, of course, transparent to visible light – this is why many animals evolved eyes that are sensitive to this part of the spectrum.

However, very little of the rest of the EM spectrum can penetrate the thick layers of our atmosphere (Figure 2).

  • Highly energetic gamma- and X-rays, with wavelengths as small as or smaller than atoms, are absorbed by oxygen and nitrogen in the upper atmosphere. This protects life on Earth from lethal radiation but makes the radiation difficult for astronomers to detect.

image Image courtesy of ESA

image Image courtesy of ESA

  • Most but not all UV radiation is absorbed by oxygen and ozone in the upper atmosphere and stratosphere. To exploit what UV radiation does reach Earth, some animals have evolved eyes that can detect itw1.
  • The shorter wavelengths of IR radiation can penetrate the atmosphere, but as its wavelength reaches one micrometre, IR radiation tends to be absorbed by water vapour and other molecules in the atmosphere.
  • The same happens to sub-millimetre radiation – radio waves with wavelengths from a few hundred micrometres to about 1 millimetre – and to microwaves. They can be observed using ground-based facilities located in areas at high altitude with a particularly dry climate (as described by Mignone & Pierce-Price, 2010), or with balloon- and space-borne experiments.
  • The atmosphere is transparent to mid-wavelength radio waves, which can easily be observed from the ground, but it blocks radio waves with wavelengths longer than ten metres.

More about ESA

The European Space Agency (ESA)w2 is Europe’s gateway to space, organising programmes to find out more about Earth, its immediate space environment, our Solar System and the Universe, as well as to co-operate in the human exploration of space, develop satellite-based technologies and services, and to promote European industries.

The Directorate of Science and Robotic Exploration is devoted to ESA’s space science programme and to the robotic exploration of the Solar System. In the quest to understand the Universe, the stars and planets and the origins of life itself, ESA space science satellites peer into the depths of the cosmos and look at the furthest galaxies, study the Sun in unprecedented detail, and explore our planetary neighbours.

 
image

ESA is a member of EIROforumw5, the publisher of Science in School.

To see all ESA-related articles in Science in School, see: www.scienceinschool.org/esa

The opacity of the atmosphere is not the only challenge it poses for astronomers; its turbulence also impairs the quality of astronomical observations even at wavelengths that reach the ground, such as visible light. Faced with these problems, in the second half of the 20th century, following the birth of the space age, astronomers began to launch their telescopes beyond the atmosphere, into space. This started a revolution in astronomy comparable to the invention of the first telescope just over 400 years ago.

image
Figure 3: The Andromeda Galaxy, the nearest major galaxy to the Milky Way, seen at different wavelengths. Observations of visible light, with a ground-based telescope, show the several hundred billion stars that make up the galaxy. Observations at far-infrared wavelengths, by the Herschel space observatory, reveal the mixture of (mostly) gas and dust from which new stars will be born. X-ray observations, by the XMM-Newton space observatory, show the glow emitted by stars close to the end of their life cycle or by remnants of stars that have already died

Images courtesy of Robert Gendler (visible light); ESA / Herschel / PACS / SPIRE / J Fritz, U Gent (infrared); ESA / XMM-Newton / EPIC / W Pietsch, MPE (X-rays)

Because different physical processes emit radiation at different wavelengths, cosmic sources shine brightly in one or more portions of the EM spectrum. By exploiting both ground- and space-based telescopes, therefore, astronomers today can combine observations from across the spectrum, which has produced a previously hidden and extremely captivating picture of the Universe (Figure 3 and Figure 4). Observations in the IR range, for instance, show the otherwise invisible mixture of dust and gas that fills interstellar spaces and from which new stars are born. By detecting gamma- and X-rays, astronomers can observe the most powerful phenomena in the Universe, such as black holes devouring matter and supernova explosions.

image
Figure 4: The Orion Nebula, an iconic cosmic ‘nursery’, seen at different wavelengths. The blue frame zooms in on part of the Orion constellation, and the orange frame zooms further in, showing the Orion Nebula in greater detail. This region, where thousands of stars are forming, looks very different across the EM spectrum. Observations in visible light, from ground-based observatories, show mostly stars, while observations at longer wavelengths (near- and mid-infrared, (sub)millimetre and microwave) reveal the intricate mixture of cold gas and dust from which stars are born. In contrast, X-ray observations show the extremely hot gas ejected by young, massive stars

Images courtesy of ESA / AOES Medialab (overall composition); Kosmas Gazeas (visible light, large image); STScI-DSS (visible light, small image); ESA, LFI & HFI Consortia (microwave and (sub)millimetre); AAAS / Science, ESA XMM-Newton and NASA Spitzer data (mid-infrared and X-rays); NASA, ESA, M Robberto (Space Telescope Science Institute / ESA) and the Hubble Space Telescope Orion Treasury Project Team (visible and near-infrared)

Looking to the heavens: ground-based astronomy

Complementary to ESA’s space telescopes are the ground-based telescopes of the European Southern Observatory (ESO)w4. To minimise distortion of the results by Earth’s atmosphere, ESO operates telescopes at sites in northern Chile, which are among the best locations in the southern hemisphere for astronomical observations because of their high altitude and dry atmosphere.

Like ESA, ESO makes observations in different parts of the EM spectrum. ESO’s Very Large Telescope (VLT) is the world’s most advanced visible-light and infrared telescope, consisting of four 8.2 m diameter telescopes and four smaller telescopes, which can work together as an interferometer to enable observations in even greater detail. Still being built in the Atacama desert is ALMA, the largest ground-based astronomy project in existence. The result of a collaboration between ESO and international partners, ALMA will detect millimetre and sub-millimetre radiation, allowing astronomers to observe some of the coldest and most distant objects in the Universe with much better resolution and sensitivity than is presently possible (Mignone & Pierce-Price, 2010).

 image

ESO is a member of EIROforumw5, the publisher of Science in School.

Probing the cosmos across the EM spectrum is one of the scientific objectives of the European Space Agency (ESA; see box)w2, which currently has five missions in operation that are dedicated to astronomy (see Figure 5). In order of increasing energies, they are Planck (sub-millimetre and microwaves), Herschel (IR), Hubble Space Telescope (visible, as well as some IR and UV wavelengths), XMM-Newton (X-rays), and INTEGRAL (gamma and X-rays)w3.

image
Figure 5: The current and future fleet of ESA missions probing the Universe across the EM spectrum. From left to right: radio waves, microwaves, sub-mm radiation, infrared, visible light, ultraviolet, X-rays and gamma rays. Click on image to enlarge

Image courtesy of ESA

In future Science in School articles, we will explore the EM spectrum in greater detail with help from ESA’s fleet of past and present space telescopes, which have contributed to reshaping our understanding of the Universe.

Reference

Mignone C, Pierce-Price D (2010) The ALMA Observatory: the sky is only one step away. Science in School 15: 44-49. www.scienceinschool.org/2010/issue15/alma

Web references

w1 – Unlike humans, some animals are able to see UV light.

To learn how researchers at the University of Bristol, UK, are investigating how birds can see UV light, and what evolutionary benefits it offers them, see: www.bristol.ac.uk/biology/research/behaviour/vision/4d.html

Pickrell J (2003) Urine vision? How rodents communicate with UV light. National Geographic News. See: http://news.nationalgeographic.com or use the direct link: http://tinyurl.com/urinevision

Bats scan the rainforest with UV-eyes. Science Daily. See: www.sciencedaily.com/releases/2003/10/031017073642.htm

How does a bee perceive flowers? See: www.naturfotograf.com/UV_flowers_list.html

w2 – For more information about ESA, see: www.esa.int

To learn more about the activities of ESA’s Directorate of Science and Robotic Exploration, visit: www.esa.int/esaSC

To see all ESA-related articles in Science in School, see: www.scienceinschool.org/esa

w3 – For a spectacular view of the many different ‘colours’ of the Andromeda galaxy, as probed across the EM spectrum by various ESA missions, see: www.esa.int/export/esaSC/SEM5IUYGRMG_index_0.html

w4 – ESO is the world’s most productive astronomical observatory, with its headquarters in Garching near Munich, Germany, and its telescopes in Chile. To learn more about ESO, the VLT, ALMA and other ESO facilities, see: www.eso.org

For Science in School articles about the VLT and ALMA observatories, as well as recent astronomy research at ESO, see: www.scienceinschool.org/eso

w5 – To find out more about EIROforum, see: www.eiroforum.org

Resources

The Science@ESA vodcasts explore our Universe through the eyes of ESA’s fleet of science spacecraft. Episode 1 (‘The full spectrum’) examines why we need to send telescopes into space and what they can tell us about the Universe. See: http://sci.esa.int/vodcast

To learn more about Earth’s atmosphere and the role – and loss – of ozone, see:

Harrison T, Shallcross D (2010) A hole in the sky. Science in School 17: 46-53. www.scienceinschool.org/2010/issue17/ozone

To see how physics teacher Alessio Bernadelli inspired his students about the EM spectrum by getting them to produce their own TV show on the subject, see Alessio’s blog (http://alessiobernardelli.wordpress.com) or use the direct link: http://tinyurl.com/42ow4a9

To find out how the wavelength at which a celestial object emits most of its light is related to the object’s temperature, see: http://sci.esa.int/jump.cfm?oid=48986

ESA has produced a wide range of freely available educational materials to support teachers in the classroom, which include printed materials, DVDs and online videos, teaching kits and websites. To see the full list, visit: www.esa.int/educationmaterials

To find out about all ESA education activities, see: www.esa.int/education


Claudia Mignone, Vitrociset Belgium for ESA – European Space Agency, is a science writer for ESA. She has a degree in astronomy from the University of Bologna, Italy, and a PhD in cosmology from the University of Heidelberg, Germany. Before joining ESA, she worked in the public outreach office of the European Southern Observatory (ESO).

Rebecca Barnes, HE Space Operations for ESA – European Space Agency, is the Education Officer for the ESA Science and Robotic Exploration Directorate. She has a degree in physics with astrophysics from the University of Leicester, UK, and previously worked in the education and space communications departments of the UK’s National Space Centre. To find out more about the education activities of the ESA Science and Robotic Exploration Directorate, contact Rebecca at SciEdu@esa.int

Review

This article presents the reader with applications of the electromagnetic spectrum that are not usually considered when tackling this topic. Furthermore, it provides opportunities for teachers to engage their students and motivate further research into this fascinating topic.

The ESA vodcasts mentioned in the resource section are excellent material to engage learners in the topic of EM radiation. Teachers can also subscribe to receive the latest vodcasts.

Possible comprehension and extension questions include:

  1. What type of waves are electromagnetic radiation? Transverse or longitudinal?
  2. Give examples of types of electromagnetic radiation with higher and lower frequencies than visible light.
  3. Describe some technological applications of light and radio waves.
  4. Do you think pollution affects the amount of radiation detected? Give reasons for your answer.
  5. Name one detrimental effect of UV light when it is not stopped by ozone in upper atmospheric layers.
  6. What is a major hindrance in the effective use of terrestrial telescopes?

We normally associate the launch of astronomical telescopes with NASA. This article, however, makes it clear that Europe is also actively studying the skies – which should bring the topic closer to home for European students, and makes the science more relevant to them.

Κατηγορίες:επιστήμη Ετικέτες: ,
  1. Δεν υπάρχουν σχόλια.
  1. No trackbacks yet.

Σχολιάστε

Εισάγετε τα παρακάτω στοιχεία ή επιλέξτε ένα εικονίδιο για να συνδεθείτε:

Λογότυπο WordPress.com

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό WordPress.com. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Twitter

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Twitter. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Φωτογραφία Facebook

Σχολιάζετε χρησιμοποιώντας τον λογαριασμό Facebook. Αποσύνδεση /  Αλλαγή )

Σύνδεση με %s

Αρέσει σε %d bloggers: