Transcript Elektromagnetik Spektrum Güneşin Elektromanyetik Spektrumu


Güneş ışınımı değişik dalga boylarında yayınlanır. Yayınlanan bu dalga
boylarının sıralı görünümü de güneş spektrumu olarak isimlendirilir. Bilinen
tam adı ise elektromanyetik güneş spekturumudur. Tam olarak ifade
edilecek olursa; güneşten yayınlanan ve bilinen farklı dalga boylarındaki
tüm elektromanyetik radyasyonun butanes elektromanyetik Güneş
Spektrumu olarak isimlendirilir. Anılan bu spektrumda, güneş ışınımı dalga
boylarına göre sıralanır ve aşağıda verilen temel gruplar ile ifade edilir.
•
Gama Işınları
X- Işınları
Ultraviole Işık
Görünür (Visible ) Işık
Kızıl Ötesi (Infrared) Işık
Radyo Dalgaları
olarak bilinir.
•
•
•
•
•
•

En enerjik dalgalar olarak bilinen gama ışınları; en
kısa dalga boylarına sahip, ancak buna bağlı
olarak da en yüksek frekanslara ve en büyük foton
enerjisine sahiptirler. Gama ışınları nükleer
reaksiyonla üretilebilirler. Madde içinden
geçtiklerinde maddenin atomları ve molekülleri
dışındaki elektronların tamamına çarparlar. Bu
çarpışma sonucunda meydana getirdikleri
iyonlaşmadan dolayı Gama Işınlarına bazen
“iyonize radyasyon” da denir. Gama ışınları ile iyon
oluşumu çok tepkiseldir. Yaşayan organizmaların,
bu iyonize eden radyasyona maruz bırakılması yok
edici etkilere sebep olabilir. Bunun yanı sıra
kontrollü kullanımı ile besinler üzerindeki mikropların
öldürülmesi söz konusudur.

Elektromanyetik spektrumda Gama Işınlarından bir adım
daha uzun dalga boyuna sahip (daha düşük frekans ve
daha küçük enerji) grup ise X ışınları olarak bilinir. X
ışınları da nükleer tepkimelerle gerçeklenebilirler. Ancak
çok hızlı hareket eden elektronlar ile metal yüzeylerin
bombardıman edilmesiyle de üretilebilir. Güneş
yüzeyinde oluşan fırtınalarda yoğun şekilde bulunurlar. X
ışınları da iyonize radyasyonlardır ancak gama
ışınlarından daha az potansiyele sahiplerdir. X ışınları
düşük bir enerjiden daha yüksek bir enerjiye giden
atomdaki elektronları yapabilir fakat hep atom olmaya
çalışır. Atomik bir çekirdeğin enerjisini de değiştirebilir. Bu
ışınlar elektronları ve atomik çekirdekleri saptırdığından,
tıbbi amaç ve moleküllerin tam yapılarının araştırılması
için kullanılır. X ışınları ve gama ışınlarının ikisi de yıldız ve
galaksilerde astrofiziksel işlemlerle oluşur ve onlar
dünyayı sürekli bombardımana tutan “ kozmik ışınların “
parçasını oluştururlar.

Ultraviyole radyasyon, güneş
spektrumunun özel bir bölümüdür.
Ultraviyole radyasyon, elektromanyetik
spektrumun görünür ışıktan daha kısa
dalga boylu (doğal olarak daha yüksek
enerjili) olan belli bir parçasını oluşturur.
Bu konudaki detaylı bilgi “ultraviyole
radyasyon nedir” ana başlığı verilmiştir.

Ultraviyole Radyasyondan biraz daha uzun dalga boyuna sahip
görünür ışık, elektromanyetik spektrumun dar bir bölümünde yer
almıştır. Göz retinasındaki renk pigmentleri ile direk ilişkili
olduğundan, bizim görmemize yardımcı olur. Görünür radyasyon
iyonize değildir. Atom ve moleküllerle ilişkisi; hemen hemen sahip
olduğu tüm enerjiden, başka bir enerjiye dönüşen elektronların
sonucudur. Ancak moleküller için sınırlı kalır. Gerçek şudur ki
fotonları emen farklı enerjilere sahip farklı maddeler, sahip
oldukları farklı renklerin dışardan algılanmasının sonucudur. İnsan
gözü 400 nm ile 700 nm aralığında ki elektromanyetik radyasyona
duyarlıdır. Bütün renkler bu dalga boyu aralığında görünen
gökkuşağında bulunur (menekşe, çivit, mavi, yeşil, sarı,turuncu ve
kırmızı). En kısa dalga boyları (en büyük foton enerjisi) menekşe
rengi olarak algılanır, en uzun dalga boyu (en küçük foton
enerjisi) ise kırmızı olarak algılanır. Bazı canlı türleri ışığı daha uzun
veya daha kısa dalga boylarında algılayabilir.

Elektromanyetik spektrumda biraz daha uzun
dalga boyunda (daha düşük enerjili) görünen
bölüm spektrumunun kızıl ötesi bölümüdür (IR).
Infrared ışınların enerjileri elektronların enerjilerini
değiştirmek için çok küçüktür. Bunun yerine,
infrared radyasyon; moleküllerin titreşim
durumlarını değiştirme eğilimindedir ki bu, bir
moleküldeki atomların çok hızlı ileri ve geri
sallanması anlamına gelir. Moleküller kızılötesi
ışınları emdiklerinde atomları daha hızlı hareket
eder ve böylece moleküllerin sıcaklıkları artar.
Isı lambaları bu prensiple çalışır. Isı taşınımı,
infrared elektromanyetik radyasyonda
çoğunlukla “radiant ısı” olarak bilinir.


Spektrumda daha da uzun dalga boyları
Radyo Dalgalarıdır. İsminden de anlaşılacağı
gibi; elektromanyetik spektrumun bu bölümünü
biz radyo haberleşmesinde, televizyonda ve
radarda kullanırız. Radyo dalgaları
elektromanyetik spektrumun geniş bir
bölümünü kapsar.
Genelde (uhf, vhf, televizyon, radar,
mikrodalga, milimetre dalga vb.) olarak alt
bölümlere ayırırız, bu isimler kullanım yerine
göre değişir. Atmosfer boyunca bu dalga
boylarının yayılma yollarında ki farklılıklarından
dolayı çeşitleri açıkça bellidir.
Yandaki şekilde görüldüğü
üzere her bir ışına ait dalga
boyu sınırları bir sonraki ile
çakışabilir. Sınırlarda bir
örtüşme söz konusudur. Bu
nedenle sınırlar kesin
çizgilerle belli değildir.
Örtüşme alanlarındaki farklı
ışınımların madde ile olan
etkileşimleri aynıdır.
Not: 1 nm = 10-9 metredir.
Elektromanyetik spektrumun uzaktan algılamayla ilgili bölgeleri ve
dalga boyları aşağıda verildiği gibidir .
1- Optik dalga boyları
: 0.3 - 16 µm
A.Yansıyabilen dalga boyları
a.Mor ötesi
: 0.3-0.4 µm
b.Görünür bölge : 0.4-0.7 µm
Mavi : 0,4-0,5 µm
Yeşil : 0,5-0,6 µm
Kırmızı : 0,6-07 µm
c.Yakın kırmızı ötesi : 0.7-0.9 µm
d.Orta kırmızı ötesi
: 0.9-3 µm
B.Yayınabilen dalga boyları
Termal kızılötesi : 3-15 µm
2- Mikrodalga dalga boyları : 0.83-133 cm
A. Pasif mikrodalga : 1 mm-1 m
B.Aktif mikrodalga (radar)
a.SHF (süper yüksek frekans) : 1 cm-10 cm
b.UHF (ultra yüksek frekans) : 10 cm-1 m
Kızılötesi (Infrared) Işıklar
Elektromanyetik spektrumda biraz daha uzun
dalga boyunda (daha düşük enerjili) görünen
bölüm spektrumunun kızıl ötesi bölümüdür (IR).
Infrared ışınların enerjileri elektronların enerjilerini
değiştirmek için çok küçüktür. Bunun yerine,
infrared radyasyon; moleküllerin titreşim
durumlarını değiştirme eğilimindedir ki bu, bir
moleküldeki atomların çok hızlı ileri ve geri
sallanması anlamına gelir. Moleküller kızılötesi
ışınları emdiklerinde atomları daha hızlı hareket
eder ve böylece moleküllerin sıcaklıkları artar.
Isı lambaları bu prensiple çalışır. Isı taşınımı,
infrared elektromanyetik radyasyonda çoğunlukla
“radiant ısı” olarak bilinir.

Kızılötesi nedir?
İnsan gözü, arka bölümündeki retina denen
tabakadaki hücrelerin ışığa gösterdikleri
duyarlılık ile görür. Retinada bulunan "retinal"
isimli pigmentin bir ışık fotonunu algılamasıyla
görme eylemi başlar. İşte bu "retinal" pigmenti
yalnızca 400-700 nanometre (nm) aralığındaki
dalga boyuna duyarlı olduğundan, insan gözü
için "görünen ışık" yalnızca bu aralıktadır. Yani
400 nm'nin altındaki (morötesi-ultraviyole) ve
700 nm'nin üzerindeki (kızılötesi-infrared) dalga
boyları retinal pigmentini uyaramaz. En yüksek
uyarı 600 nm civarında olur. Kızılötesi spektrum,
700 nm'den radyo dalgalarına kadar
uzanmaktadır. Bu aralıkta 750-1500 nm arası
"yakın kızılötesi", 1500-7000 nm "ara kızılötesi",
7000-1000000 nm ise "uzak kızılötesi"dir.

Kızılötesi ışınların önemli kullanış yerleri son
yıllarda yaygınlaşmıştır. Pek çok maddenin
kimyasal analizi bu tür ışınların yardımıyla
gerçekleştirilmektedir. Özellikle İkinci Dünya
Savaşında yansıyıp gelen kızılötesi ışınların
görünür hale getirilmesiyle, karanlıktaki cisimler
fark edilmiştir. Bu tür ışınların ısı etkisini
kullanan fırınlar ve cilt hastalıkları tedavisinde
kullanılan lambalar yapılmıştır. Geliştirilen yeni
hassas filmlerle, ışık vermeyen fakat sıcak
cisimlerin fotoğrafını çekmek mümkün
olmaktadır. Bu tür fotoğraflar gün ışığında
olabildiği gibi, karanlıkta da çekilebilir. Özellikle
askeri sahada kullanılması, gün geçtikçe
artmaktadır.
Kızılötesi kullanım alanları
Gece görüş sistemleri

Kızılötesi, görünür ışığın yeterli olmadığı
durumlarda gece görüş sistemlerinde
kullanılmaktadır. Gece görüş sistemleri
ortamdaki az sayıda fotonun elektronlara
çevirilerek, kimyasal ve elektriksel bir
süreçle yükseltilmesi esasıyla çalışır.Gece
görüş sistemleri ile görüntülenir.
Termografi
Kızılötesi ışınım cisimlerin sıcaklığını uzaktan belirlemeye
yarar. Termografi (veya termal görüntüleme) genelde
askeri ve sanayi amaçlarla kullanılsa da üretim
maliyetlerinin düşmesiyle kızılötesi kameralar olarak
tüketici pazarına da girmiş bulunmaktadır.
Kızılötesi ışınım her sıcaklıktaki cisim tarafından
yayınlandığından termografi sayesinde hiç ışık olmaksızın
bütün ortamı görmek mümkündür. Bir cismin yaydığı
kızılötesi ışınım miktarı sıcaklıkla birlikte arttığından,
termografi sıcaklık farklarını da görmeyi sağlar.
Takip sistemleri
Kızılötesi takip sistemleri (kızılötesi güdüm
sistemleri olarak da bilinir) hedefin
yaydığı kızılötesi ışınımı, hedefi takip
etmek için kullanır. Kızılötesi takip sistemi
kullanan füzeler, sıcak cisimler kızılötesi ışık
yaydığından "ısı güdümlü füze" olarak da
bilinir. İnsanlar, araç motorları ve uçaklar
gibi birçok nesne ısı ürettiğinden kızılötesi
dalgaboylarında arkaplandan kolayca
ayırt edilebilir.
Isıtma
Kızılötesi ışınım bir ısı kaynağı olarak
kullanılabilir. Kızılötesi sauna ve bazı elektrikli
sobalarda ısınma amacıyla, uçak
kanatlarında ise oluşan buzu eritmek
amacıyla kullanılırlar. Kızılötesi ışınım aynı
zamanda bir sağlık ve fizyoterapi alanında
da kullanılmaktadır. Kızılötesi ışınım
etraflarındaki havayı ısıtmadan sadece ışık
geçirmeyen cisimleri ısıttığından yemek
pişirme için de kullanılabilir.
Meteoroloji
Meteoroloji uyduları termal ve kızılötesi
fotoğraflar çekebilen radyometrelerle
donatılmıştır. Bu fotoğrafları kullanarak
eğitimli analistler bulutların yüksekliklerini
ve tiplerini belirleyebilir, kara ve deniz
sıcaklıklarını ölçebilir ve okyanus yüzey
olaylarını görebilirler.
Sanat tarihi
Sanat tarihçilerinin verdiği isimle kızılötesi
reflektogramlar resimlerin alt katmanlarında
gizli çizimleri günışığına çıkartabilir. Karbon
siyahı resmin tüm arkaplanını boyamak için
kullanılmadığı sürece reflektogramda iyi
görüntü verir. Sanat tarihçileri, sanatçının
resim üzerinde daha sonradan yaptıkları
düzeltmeleri (pentimento) bu metodla
görebilirler. Bu bilgi bir resmin orijinali olup
olmadığını anlamakta faydalıdır. Genellikle
bir resimde ne kadar pentimento varsa
orijinal olma olasılığı o derece fazladır. Bu
metod aynı zamanda sanatçının çalışma
yöntemine dair de ipuçları verir.
•Bu resim Arizona’nın
Londsat 5 uydusu
tarafından toplanan yakın
kızılötesi bilgileri olarak
gösterilmektedir.
• Işık alanları; kızılötesi
dalgaların, yüksek yüzeye
çarpan ışıkla yansıyan ışık
arasındaki orandır. Siyah
alanlar küçük yansımaları
gösteriyor
•Bu görüntü bilgileri
ile görünür ışık
bilgilerini mavi ve
yeşil dalga
boylarında gösterir.
Eğer yakın
kızılötesi sağlıklı
bitkilerle yansırsa
küçük kare
görüntüleri
oluşmaktadır.
•GOES 6 ve
Landsat 7 gibi
uydular
yeryüzüne doğru
konumlanmıştır..
Yeryüzünün
yüzeyinden yayılan
veya
yansıyan kızıl ötesi
ışınları kaydetmek
için
konumlanmıştır.

Diğer uydular, kızılötesi astronomi uydusu
(IRAS) gibi, uzaydan görünen ve büyük
bulutlarda meydana gelen toz ve gaz gibi,
yıldızlar ve galaksilerin kızılötesini ölçer.
İnsanlar kızılötesi ışınları göremeyebilir . Fakat
bunları sıcaklık vb. gibi hissedebilir.
 Bilirsiniz ki yılanlar sağır hayvanlar
ailesindendir.
Örneğin; çıngıraklı yılanlar çukur algılayıcıları
vardır. Yılana verilen bu izin sıcakkanlı
hayvanları keşfetmesi ve hatta oyukların yerini
belirlemesi içindir.
 Yılanların çukur algılayıcıları, aynı
kızılötesindeki bazı derinlik algılayıcıları
düşüncesi gibidir.


Kaynağının gücü uzaktan algılayıcılar ile
araştırılan radyasyon, atmosferin çeşitli
kalınlıklarından bir doğrultu boyunca geçer.
Bu doğrultunun uzunluğu geniş bir aralıkta
değişebilir. Örneğin uzaydan elde edilen bir
görüntüde güneş ışığı, atmosferin tüm
kalınlığını boydan boya iki kez geçerek
algılayıcıya ulaşır. Diğer taraftan uyduya
göre zorunlu olarak daha kısa bir atmosfer
kalınlığında hareket eden havada taşınır bir
termal algılayıcı da, atmosferden geçerek
gelen yeryüzü cisimlerine ilişkin doğal ısıyı
kayıt eder

İşte elektromanyetik radyasyonun içinde
geçmek zorunda olduğu atmosfer, gaz
molekülleri, su buharı, toz zerrecikleri gibi
çok değişik partiküller içerdiğinden bir
etkileşme yeteneğine sahiptir. Gerçekte de
uzaktan algılamanın bir çok meteorolojik
uygulamasında atmosfer, birinci derecede
ilgili cisim olma özelliğini taşır. Yeryüzünü
kuşatan bu atmosfer ağının etkisi, algılanan
enerji sinyalinin büyüklüğü, mevcut
atmosferik koşullar ve dalga boyuna bağlı
olarak değişir ve enerjinin atmosferde bir
doğrultu boyunca yayılımında, kat ettiği
yolun uzunluğunu engeller.
Güneş tarafından ortaya çıkarılan ve
yeryüzüne gönderilen burada cisim
tarafından yayılan radyasyonun saçılmasına
atmosferde asılı bulunan küçük toz ve
duman tanecikleri neden olmaktadır.
 Üç çeşit saçılma olayı vardır :

Rayleigh saçılması
 Mie saçılması
 Seçimsiz saçılma

 Rayleigh
saçılması:

Atmosferin üst tabakalarında oluşan ve askıda
bulunan maddelerin büyüklükleri, ışının dalga
boyundan küçük olduğunda oluşan saçılma
türüdür.

Rayleigh saçılmanın en tipik belirtisi gökyüzünün
mavi gözükmesidir. Güneş ışığının saçılması
sonucu görünen ışığın en küçük dalga boyu
olan mavi görünür. Saçılma olmaması
durumunda gökyüzü siyah görünecektir.

Sabah veya akşamın ilk saatlerinde ise
güneşin kırmızı gözükmesi güneş ışınlarının
ortalama gün boyundan daha fazla
atmosferik yol kat etmelerindendir. Daha
uzun yolda güneş ışığının mavi ve yeşil
bileşenleri atmosferde emildiğinden, saçılma,
daha uzun dalga boyuna sahip bulunan
kırmızıyı etkin kılar.

Rayleigh saçılma aynı zamanda “Atmosfer
ışığı olarak da isimlendirilir ve fotoğrafik
görüntüsünün “puslu” olmasının başlıca
nedenlerinden biridir. Pus, görüntüde
kontrastlığı azalttığı gibi özellikle yüksek
irtifadan çekilen renkli resimlere ait
görüntülerde mavimsi-gri bir ton oluşturur.
Kısa dalga boylarını geçirmeyen bir filtre
hava kamerasına ait merceğin önüne
yerleştirildiğinde fotoğraftaki bu olumsuz etki
azaltılır yada tamamen ortadan kaldırılır.




Mie saçılması:
Saçılmanın diğer bir türü “Mie saçılma” olup, atmosferdeki
partiküllerin çapları, algılanan enerjinin dalga boyuna eşit
olması durumunda ortaya çıkar. Su buharı ve toz zerrecikleri
Mie saçılmanın başlıca nedenleridir. Saçılmanın bu şekli
Rayleigh ile kıyaslandığında, daha uzun dalga boylarını
etkileme eğiliminde olduğu görülür.
Seçimsiz saçılma
Saçılmaya neden olan atmosferik partiküllerin çapları,
algılanan enerjinin dalga boyundan büyük olması
durumunda “nonselective = seçilemeyen saçılmada” söz
konusu olur. Bu gibi saçılma özellikle su damlacıkları etkin bir
rol oynar. Genellikle 5 ile 100 mikronluk bir çapa sahip
olduklarından eşit miktarda kızıl ötesi dalga boylarını yansıtır
ve bütünüyle görülebilen bir saçılma yaparlar. Bu yüzden
bulut ve sis parçacıkları beyaz renge sahip olarak görülürler.
dp<<dalga boyu
Rayleigh saçınımı (Sr)
dp=dalga boyu
Mie saçınımı (Sm)
dp>>dalga boyu
Seçilemeyen saçınım (Sn)

Saçılmanın tersine atmosferik soğurma,
atmosfer içinde enerjinin etkili bir biçimde
kaybolması ile sonuçlanır. Güneş
radyasyonun en etkin soğurucuları; su
buharı, karbondioksit ve ozondur. Çünkü
bu gazlar özel dalga boyu bandlarında
elektromanyetik enerjiyi yutma
eğilimindedirler. Atmosferde enerjinin
özel olarak geçirgenleştiği dalga boyu
alanları “atmosferik pencere” olarak
isimlendirilir.


Atmosferik pencere atmosferdeki geçirilebilen dalga boylarını
gösterir.
Uzaktan algılamada atmosferdeki yutulma nedeniyle sadece
belirli dalga boylarında algılama yapılabilir. Böylelikle
tasarımcılar algılayıcıları söz konusu kısıtlamaları göz önünde
bulundurarak tasarlamaktadırlar
Yeryüzünden yayılan “sıcak” enerji “termal
tarayıcı” gibi aletler ile 8-14 mikron dalga
boyları arasında algılanır.
 ”Multispektral = çok bantlı tarayıcılar” aynı
anda çok katlı uçlar arasında algılama
yapma yeteneğine sahip olup görülebilen
alandan, termal bölgeye kadar geniş bir
dalga bandında çalışırlar.
 “Radar ve pasif mikrodalga sistemleri” ise 1
mm. İle 1 m.lik bölgedeki atmosferik
pencere arasında görev yaparlar.

Dikkati çeken en önemli nokta; enerjinin kayıt
edilmesi ve araştırılmasında kullanılan algılayıcıların
spektral duyarlılığının, enerji kaynakları ile enerjiyi
geçiren atmosferik pencere arasında “birbirine
bağlı ve birbirini etkileyici” bir yapıda olmasıdır. Bu
nedenle uzaktan algılama görevinde kullanılmak
üzere seçilen bir algılayıcıda şu özellikler
gözönünde bulundurulmalıdır:
 Algılayıcıcın spektral duyarlılığı,
 Algılanması istenen spektral bölgedeki atmosferik
pencere durumu.
 Bu alanlarda mevcut enerjinin spektral yapısı,
büyüklüğü ve kaynağı.

Radyans, yeryüzündeki herhangi bir obje
tarafından ışınan enerjinin ölçüsü olarak
ifade edilebilir. Birim alandan birim
zamanda ve sabit açı içine yansıyan enerji
olduğundan birimi;
watt/steradyan/metrekare’dir.
 Uzaktan algılama uyduları için nesneden
yansıyan ışığın ne oranda göründüğü olarak
da tanımlaması yapılabilir.



enerjinin bir yüzeye çarparak yön değiştirmesi
olayıdır. Yansımanın derecesi yüzey pürüzlülük
özelliklerine ve enerjinin dalga boyuna bağlıdır.
Yüzey pürüzlüğü dalga boyundan küçük
yansımalar aynasal olan yansımalar (specular
reflection) olarak tanımlanır. Bu tip yansımalar
yüzeyin neredeyse pürüzsüz olduğu ayna
benzeri objeler, parlak metaller, su yüzeyleri vb.
gerçekleşir. Enerjinin objeye çarpma açısı ile
yansıma açısı birbirine eşittir. Obje yüzeyi
enerjinin dalga boyundan daha pürüzsüz
olduğu için bu tip yansımalarda gelen enerjinin
neredeyse tamamı tekbir yöne yansır.

Yüzey pürüzlüğünün dalga boyundan
büyük olduğu yansımalar ise dağılan
yansımalar (diffuse reflections) olarak
adlandırılır




Bir cismin kendi sıcaklığı nedeniyle yaptığı ışımanın ölçüsüdür.
Yayımla ilgili temel fizik yasalarından Kirchoff, Stefan
Boltzmann, Wien Yer değiştirme kanunları yayılan ışını açıklar
Kara cisimleri için yayılan enerjinin emilen enerjiye oranı
aynıdır
(Krichoff). Kara cisminin birim başına yaydığı enerji, cismin
sıcaklığı arttıkça artar (Stefan Boltzmann). Yayılan ışınımın
dalga boyu ve nesnenin sıcaklığı arasında (λ=2897,8/T),
Planck sabiti (2897,8 µm K) ile orantılıdır (Wien).