電磁波を語る。

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電磁波とは

電流が流れると、その周囲に磁場が発生する。
磁場が変化すると電流が生じる。
このように電場と磁場は相互に密接な関係を持っている。

電場が磁場を発生させ、その磁場が電場を発生させる。
このように「電場が磁場が交互に発生して伝播していく波」を電磁波という。

目に見える光(可視光)、電波、赤外線、紫外線、Ｘ線などはすべて電磁波の一種である。
光も電波もＸ線も互いに違うものに思える。
しかし、これらはすべて「電場と磁場が交互に発生して伝播していく波」という共通の性質を持っている。
これらはみな、電磁波なのだ。

波の山の頂点から次の山の頂点までの距離を波長(λ)、1秒間に波が繰り返す回数を周波数(ν)と言う。




周波数と波長は反比例の関係にある。
周波数が高いと波長は短くなり、波長が長いと周波数は低くなる。

電磁波の波長はさまざまだ。
波長の長い電磁波や、短い電磁波がある。

電磁波は波長ごと(周波数ごと)に違う名前で呼ばれている。
波長が約0.4〜0.8μmの範囲であれば、その電磁波は「可視光」である。
100〜1000mの範囲であれば、それはAM放送で使用される電波(中波)だ。

電磁波は長い波長(低い周波数)から短い波長(高い周波数)にかけて、

ラジオ波→マイクロ波→テラヘルツ波→赤外線→可視光線→紫外線→Ｘ線→ガンマ線

と名前が変化する。

つまり、これらの名称は電磁波を波長ごと(周波数ごと)に分けた呼び方なのだ。
ただし、利用分野・研究分野によって異なる場合が多々あるので注意を要する。
ラジオ波、マイクロ波、テラヘルツ波を総称して電波という。

電磁波は波長によって、その特長が大きく違ってくる。
X線は物体を透過することができるので、X線検査やレントゲン装置に利用される。
ところが、可視光は物体を透過することができない。
このように、電磁波と一言でいいながら、波長ごとに物体・人体への作用、性質がまるで異なるのである。

可視光の中でも、波長によって大きく性質は異なっている。
波長が長い電磁波を見ると、人は赤色を感じる。
反対に波長の短い電磁波を見ると、人は紫色を感じる。

色の違いは、電磁波の波長の違いなのである。

電磁波は、マックスウェル方程式によって理論的に予測された。(1864年)
この理論的な予測をヘルツが実験によって確かめ、電磁波の存在が明かになったのだ。(1888年)
その後、光速が測定されると、その値が電磁波の速度と一致していたことから、可視光も電磁波の一種であることが認識されるようになった。

電磁波の波長と名称

ラジオ波(電波)

電波を全般にラジオ波という。

この領域の電磁波を利用した天文学を電波天文学という。

マイクロ波

マイクロ波とは、波長100ミクロンから1メートルの範囲の電磁波である。
気象レーダー、衛星通信、衛星放送に使用される。
電子レンジに使用される電磁波でもある。

宇宙の方向からマイクロ波が観測される。
これを宇宙マイクロ波背景放射[CMB]という。

この領域の電磁波を利用した天文学をマイクロ波天文学という。マイクロ波天文学は電波天文学の一分野である。

テラヘルツ波

周波数が1THz(テラヘルツ)付近の電磁波をテラヘルツ波という。
光と電波の境界領域にある。

この領域の電磁波を利用した天文学を電波天文学という。

赤外線

可視光線の赤側より波長が長い領域の電磁波を赤外線という。
肉眼では見えない。

この領域の電磁波を利用した天文学を赤外線天文学という。

可視光線

目に見える光を可視光線という。
「電磁波は人体に有害である」と表現される場合がある。
紫外線やエックス線は発ガン作用があるためこの表現は正しい。
しかし、可視光には(顕著な)害毒はない。

可視光線による観測が従来の天文学である。

紫外線

可視光線の紫側より波長が短い領域の電磁波を紫外線という。
肉眼では見えない。

この領域の電磁波を利用した天文学を紫外線天文学という。

Ｘ線(エックス線)

波長が1ピコメートルから10ナノメートルの範囲の電磁波をＸ線(エックス線)という。
レントゲン撮影に使用される。

この領域の電磁波を利用した天文学をＸ線(エックス線)天文学という。

ガンマ線

なお、ガンマ線は電磁波であるが、アルファ線、ベータ線は電磁波ではない。
アルファ線はヘリウムの原子核、ベータ線は電子だからだ。
空気の振動波である音波も電磁波ではない。

この領域の電磁波を利用した天文学をガンマ線天文学という。

電磁波とドップラー効果

赤方偏移

非常に高速で遠ざかる物体が、赤く見える現象を赤方偏移という。

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