ما هي الأشعة فوق البنفسجية

بواسطة: - آخر تحديث: ١٢:٥١ ، ٢٩ سبتمبر ٢٠١٩
ما هي الأشعة فوق البنفسجية

الطيف الكهرومغناطيسي

يُعدّ الضوء الصادر من مصابيح المنزل وموجات الراديو التي تأتي من محطات الإذاعة من أشهر الأمثلة على أنواع الأشعة الكهرومغناطيسية، التي يتكوّن منها الطيف الكهرومغناطيسي؛ حيث يتكون من موجات الراديوالتي تنبعث أيضًا من النجوم والغازات في الفضاء، وموجات الميكروويف المستخدمة في تسخين الطعام والتعرّف على بنية المجرات القريبة، والأشعة تحت الحمراء التي يمكن التقاطها باستخدام نظارات الرؤية الليلية، والضوء المرئي المستخدم في الإنارة والأشعة فوق البنفسجية الصادرة من الشمس والأشعة السينية المستخدمة في تصوير الأسنان وفحص الحقائب في المطارات، وأشعة جاما التي يستخدمها الأطباء لتصوير أعضاء جسم الإنسان الداخلية[١]، ويركّز هذا المقال على أحد هذه الأشعة ليبحث عن إجابة لسؤال "ما هي الأشعة فوق البنفسجية؟".

ما هي الأشعة فوق البنفسجية

تُعدّ الخطوة الأولى للإجابة على سؤال "ما هي الأشعة فوق البنفسجية؟" تعريف مكونات السؤال نفسه؛ حيث تُعرّف "الأشعة" على أنها الطاقة التي تنتشر مع مرور الوقت[١]، وكلمة "فوق البنفسجية" تعني ما وراء البنفسجي، حيث اكتشف عالم الفيزياء الألماني يوهان فيلهلم ريتر الأشعة فوق البنفسجية في عام 1801 للميلاد، حين لاحظ وجود ضوء غير مرئي يتجاوز الجزء البنفسجي من الضوء المرئي على الورق المعالج بكلوريد الفضة، بسرعة أكبر من الضوء البنفسجي للطيف المرئي، ووصف الضوء الخفيّ بأنّه "أشعة مؤكسدة" للإشارة إلى النشاط الكيميائي للإشعاع[٢] ولتمييزه عن "أشعة الحرارة" التي اكتشفت في العام السابق في الطرف الآخر من الطيف المرئي، بعد ذلك بوقت قصير تم تبنّي مصطلح أبسط وهو "أشعة كيميائية" وبقي هذا الاسم يحظى بشعبيّة طوال القرن التاسع عشر، حتى تمّ في النهاية إسقاط المصطلحات السابقة لصالح مصطلحَيْ" الأشعة فوق البنفسجية" و"الأشعة تحت الحمراء" على التوالي.[٣] وبالتالي يمكن الإجابة على سؤال "ما هي الأشعة فوق البنفسجية؟" بأنها منطقة من الطيف الكهرومغناطيسي تقع بين الضوء المرئي والأشعة السينية وهي غير مرئية للعين البشرية؛ لأن لها طول موجي أقصر وتردد أعلى من الضوء الذي يراه دماغ الإنسان كصور[٤]، ومن خلال دراسة سؤال "ما هي الأشعة فوق البنفسجية؟" نجد أن الشمس أكبر مصدر للأشعة فوق البنفسجية[٥]، حيث تشغل الأشعة فوق البنفسجية حوالي 10 % من المجموع الكلي لضوء الشمس[٢]، كما يمكن لبعض أجهزة الليزر إنتاج الأشعة فوق البنفسجية، كما تُعدّ صاعقة الحشرات -التي تجذب الحشرات التي بإمكانها رؤية الأشعة فوق البنفسجية- مثالًا على الأجهزة التي تبعث أشعة فوق بنفسجية[٥]، وتنقسم الأشعة فوق البنفسجية عمومًا إلى ثلاثة نطاقات فرعية كالآتي:

  • UVA أو الأشعة فوق البنفسجية القريبة: ويمتلك هذا النوع أطول طول موجة ويعتبر الأقل ضررا، وقد يُعرف باسم "الضوء الأسود" ويستخدم الكثيرون قدرته على التوهج في التصميمات الفنيّة والاحتفالية.[٤]
  • UVB أو الأشعة فوق البنفسجية المتوسطة: عادةً هو أكثر أشكال الأشعة فوق البنفسجية تدميرًا لأنه يحتوي على ما يكفي من الطاقة لإتلاف الحمض النووي الخلوي.[٦]
  • UVC أو الأشعة فوق البنفسجية البعيدة: وهذا النوع ضارٌّ للغاية ويمتصه الغلاف الجوي للأرض بالكامل تقريبًا.[٤]

وهنالك أشعة فوق بنفسجية متطرفة يقوم الغلاف الأرضي بمنعها من الوصول إلى الأرض وتبقى في الفضاء الخارجي[٧]، حيث يتكون الضوء الصادر من الشمس من حوالي 50٪ من الأشعة تحت الحمراء، و 40٪ من الضوء المرئي، و 10٪ من الأشعة فوق البنفسجية[٢]، إلا أن طبقة الأوزون في الغلاف الجوي للأرض تقوم بامتصاص مستويات الطاقة العالية والمضرّة للأشعة فوق البنفسجية كالأشعة فوق البنفسجية البعيدة والمتوسطة، فقد وجد العلماء أثناء الإجابة على "ما هي الأشعة فوق البنفسجية؟" أن الأوزون يمتص حوالي 95% من الأشعة فوق البنفسجية البعيدة، ومع ذلك قد تخترق هذه الإشعاعات الضارّة طبقة الأوزون.[٨]

خصائص الأشعة فوق البنفسجية

يتَّضح من الإجابة على سؤال "ما هي الأشعة فوق البنفسجية؟" أنها عبارة عن موجات تقع ضمن الطيف الكهرومغناطيسي، بالتالي فإنها -كما الموجات- تمتلك خصائص موجية فريدة تعطيها العديد من المميزات، والتي أيضًا في المقابل هي السبب في كون الأشعة فوق البنفسجية خطيرة من عدة نواحٍ، وهذه الخصائص كالآتي:

  • التردد: تمتلك الأشعة فوق البنفسجية ترددات أعلى من الضوء المرئي، حيث تتراوح تردداتها ما بين 15^10 و 17^10 هيرتز.[٩]
  • الطول الموجي: تتراوح الأطوال الموجية لأنواع الأشعة فوق البنفسجية في حدود 10 نانومتر إلى 400 نانومتر[١٠]، ويكون توزيعها كما يأتي:[٧]
    • الأشعة فوق البنفسجية القريبة: وهي ذات أطوال موجية من 315 إلى 400 نانومتر.
    • الأشعة فوق البنفسجية المتوسطة: وهي ذات أطوال موجية من 280 إلى 315 نانومتر.
    • الأشعة فوق البنفسجية البعيدة: وهي ذات أطوال موجية من 180 إلى 280 نانومتر.
    • الأشعة فوق البنفسجية المتطرفة: وهي ذات الأطوال الموجية من 10 إلى 180 نانومتر.
  • الطاقة: تتراوح الطاقة التي تحملها الأشعة فوق البنفسجية من 3 إلكترون فولت إلى 124 إلكترون فولت.[١٠]

رؤية الأشعة فوق البنفسجية

يتَّضح من إجابة سؤال: "ما هي الأشعة فوق البنفسجية؟" أن معظم الناس لا يستطيعون رؤية الأشعة فوق البنفسجية، ولكن هذا ليس بالضرورة؛ لأن شبكيّة العين البشرية لا يمكنها اكتشافه، إنما لأن عدسة العين تقوم بتصفية الأشعة فوق البنفسجية البعيدة والترددات العالية ولأن معظم الناس يفتقرون إلى مستقبلات الألوان لرؤية الضوء، لذا فإن الأشخاص الذين يفتقرون إلى العدسة أو الذين تم استبدال عدستهم قد يشاهدون بعض أطوال موجات الأشعة فوق البنفسجية، والأشخاص الذين يمكنهم رؤية الأشعة فوق البنفسجية تظهر لهم بلون أزرق أو أبيض أو بنفسجي.[٢]

من جهة أخرى تبيّن أثناء إجابة سؤال: " ما هي الأشعة فوق البنفسجية؟" أن الحشرات والطيور وبعض الثدييات تستطيع رؤية الأشعة فوق البنفسجية القريبة، في حين تستطيع الطيور رؤية الأشعة فوق البنفسجية الحقيقية لأن لديها مستقبلاً رابعًا من الألوان لتصورها، وحيوان الرنّة من أمثلة الثدييات التي ترى ضوء الأشعة فوق البنفسجية، وتستخدمها بعض الحيوانات لتمييز الدببة القطبية في الثلج، وتستخدم الثدييات الأخرى الأشعة فوق البنفسجية لرؤية مسارات البول لتعقب الفرائس.[٢]

استخدامات الأشعة فوق البنفسجية

تحيط الأشعة فوق البنفسجية بالإنسان حتى لو لم تكن عينه تدركها، وعلى الرغم من أن الأشعة فوق البنفسجية يمكن أن تكون خطيرة إلّا أنها ذات قيمة كبيرة وفوائد عديدة وتُستخدم بعدة طرق لتخدم مختلف المجالات؛ منها المجال الطبي والصحي والتجميلي وغيرهم، لذا فبعد الإجابة على سؤال: " ما هي الأشعة فوق البنفسجية؟" سيتم التطرق إلى فوائد واستخدامات الأشعة فوق البنفسجية، وهي كالآتي:

  • يَستخدم جسم الإنسان الأشعة فوق البنفسجية لصنع فيتامين د الذي يحتاجه للنمو وتكوين العظام.[٦]
  • تُستخدم الأشعة فوق البنفسجية لتحديد المواد البيولوجية، مثل الدم في مسرح الجريمة وفي الأماكن التي يكون فيها الصرف الصحي مهمًا.[٦]
  • تُستخدم لتعقيم مرافق البحوث الطبية والبيولوجية ولتطهير جزء كبير من المياه والأطعمة؛ نظرًا لأنها قادرة على قتل الفيروسات والبكتيريا.[٦]
  • تُستخدم لتسمير البشرة؛ حيث يتم استخدام ضوء الأشعة فوق البنفسجية الاصطناعي في المنتجعات الصحية.[١١]
  • تُستخدم في الإضاءة؛ حيث تعمل مصابيح الفلورسنت على تأيين البخار في أنابيبها، مما يجعل الإلكترونات الموجودة في الغاز تبعث فوتونات بنفس ترددات الأشعة فوق البنفسجية، وتقوم طبقة الفوسفور على الجانب الداخلي للأنبوب بتغيير ضوء الأشعة فوق البنفسجية إلى ضوء مرئي.[١١]
  • تُستخدم لتحليل التركيب الكيميائي للمُركّب من خلال تغيرات اللون، وغالبًا ما تستخدم هذه العملية في المصانع الكيماوية والبيولوجية والمستشفيات ومختبرات مراقبة جودة المياه وصناعة البتروكيماويات وصناعة الأغذية.[١١]
  • تُستخدم في علاج بعض الأمراض الجلديّة السرطانية، حيث يتلقى المرضى أدوية معينة تتفاعل مع العلاج بالأشعة فوق البنفسجية لتعمل على تبطيء نمو الخلايا السرطانية في الغدد الليمفاوية وفي الجلد وكذلك الأكزيما والصدفية والبهاق.[١١]
  • يُستخدم التصوير بالأشعة فوق البنفسجية للأغراض الطبية والعلمية والطب الشرعي باستخدام عدسات محددة للسماح بمرور الأشعة فوق البنفسجية عبر عدسات الكاميرا.[١١]
  • يَستخدم مصورو الطبيعة التصوير بالأشعة فوق البنفسجية لالتقاط أنماط من الزهور لا تستطيع العين البشرية رؤيتها، عن طريق تعديل كاميراتهم.[١١]

الأشعة فوق البنفسجية وعلم الفلك

يشمل سؤال "ما هي الأشعة فوق البنفسجية؟" المجالات المختلفة المتعلّقة بالأشعة فوق البنفسجية منها علم الفلك، فبما أن الغلاف الجوي للأرض يمتص الكثير من الأشعة فوق البنفسجية عالية الطاقة فإن العلماء يستغلون بيانات الأقمار الصناعية لاستشعار الأشعة فوق البنفسجية القادمة من الشمس وغيرها من الأجسام الفلكية من أجل دراسة تكوين النجوم؛ لأن النجوم الفتيّة تصدر ضوءًا في نطاق هذه الأطوال الموجية، حيث يمكن للفلكيين التعرف على بنية وتطور المجرات عن طريق مقارنة بيانات صور الأشعة؛ فتظهر النجوم التي تم تشكيلها حديثًا في صور الأشعة فوق البنفسجية للمجرّات على شكل غيوم من الغاز، بينما تظهر النجوم الأقدم في صور الضوء المرئي للمجرّات باللونين الأصفر أو الأحمر.[٨]

كما وُجد من خلال الإجابة على سؤال: "ما هي الأشعة فوق البنفسجية؟" أنه يتم رسم خرائط للفضاء عن طريق مشروع ليمان ألفا؛ ويتم من خلالها مشاهدة الحفر المظللة على سطح القمر من خلال استشعار الانعكاسات الخفيفة للأشعة فوق البنفسجية القادمة من النجوم البعيدة.[٨]

أضرار الأشعة فوق البنفسجية

ممّا يتبيّن أيضًا من جواب سؤال: "ما هي الأشعة فوق البنفسجية؟" أن البشر بحاجة للتعرض إلى بعض الأشعة فوق البنفسجية لينمو بشكل طبيعي، ومع ذلك فإن التعرُّض المفرط لضوء الأشعة فوق البنفسجية يمكن أن يسبّب العديد من الحروق في الجلد أو قد يؤدّي في النهاية إلى إضعاف الجهاز المناعي[٦]، ومن أضرار التعرُّض المفرط للأشعة فوق البنفسجية ما يأتي:

  • تصلُّب الجلد وظهور التجاعيد.[٦]
  • الإصابة بسرطان الجلد.[٦]
  • التهاب الكريات الضوئية المعروف في بعض الحالات باسم قوس العين أو العمى الثلجي.[٤]
  • إعتام عدسة العين الذي قد يؤدي إلى العمى.[٤]
  • انخفاض معدل نمو العوالق النباتية بنسبة 6% إلى 12%.[١٢]
  • التقليل من معدل تكاثر العوالق البحرية.[١٢]

ثقب الأوزون

يمكن أن يندرج تحت جواب سؤال: "ما هي الأشعة فوق البنفسجية؟" أن طبقة الأوزون هي المسؤولة عن حماية كوكب الأرض من ضرر الأشعة فوق البنفسجية، إلا أن هذه الطبقة قد تضررت في الآونة الأخيرة؛ فثقب الأوزون مشكلة عالمية لا تزال قيد الدراسة للبحث عن حلول تساهم في إيقاف تفاقمها، ومع أن الأوزون في الغلاف الجوي العلوي يُعدّ الحامي من معظم الأشعة فوق البنفسجية الضارّة إلا أنه وفي كل عام يتم توسيع ثقب الأوزون -وهو ليس ثقبًا في الحقيقة إنما مجرد انخفاض نسبة الأوزون في الغلاف الجوي- فوق القارة القطبية الجنوبية.[٨]

وقد تم التوصّل من إجابة سؤال "ما هي الأشعة فوق البنفسجية؟" أنّ الثقب يمتد في بعض الأحيان على المناطق المأهولة بالسكان في أمريكا الجنوبية ويعرضهم لمستويات متزايدة من الأشعة فوق البنفسجية الضارة، ويتم قياس جودة الهواء وكميّة الغازات المساهمة في ظاهرة ثقب الأوزون ليتمكن العلماء من تقدير كمية الأشعة فوق البنفسجية التي تصل إلى سطح الأرض والتنبؤ بأيام زيادة الأشعة فوق البنفسجية الضارّة للتوعية بالصحة العامة.[٨]

الوقاية من الأشعة فوق البنفسجية

يمكن القول بعد الإجابة عن سؤال "ما هي الأشعة فوق البنفسجية؟" أنَّ التعرض لفترات طويلة لموجات الأشعة فوق البنفسجية دون حماية كافية يمكن أن يكون له عواقب صحية خطيرة، فعند التعرّض لأشعة الشمس لبضع ساعات تقوم صبغة الميلانين بالتجمع في الجلد لامتصاص الأشعة فوق البنفسجية وتفريقها كحرارة، لذا فإن استخدام واقي الشمس إجراء وقائي ضروري ضد الأشعة فوق البنفسجية؛ لأنها توفر طبقة واقية تمنع امتصاص الموجات فوق البنفسجية قبل أن تؤثر على الجلد، كما يجب أيضًا حماية العينين من الأشعة فوق البنفسجية من خلال ارتداء النظارات الشمسية.[٤]

ظاهرة الشفق القطبي

قد يتطرّق سؤال: "ما هي الأشعة فوق البنفسجية؟" إلى ظاهرة طبيعية تسمّى بالشّفق القطبي والذي ينتج عن موجات لها طاقة عالية تنتقل عبر أقطاب الكوكب المغناطيسية وتقوم بإثارة غازات الغلاف الجوي لتتسبّب في توهجها؛ حيث تصطدم فوتونات هذا الإشعاع عالي الطاقة بذرات الغازات في الغلاف الجوي مما تسبب في إثارة الإلكترونات في الذرات وعندما تتحرك الذرات إلى أسفل الغلاف يتم إطلاق الطاقة كضوء والعودة إلى حالة الاتزان، كما يمكن أن يكشف لون هذا الضوء عن نوع الذرة التي كانت مثارة؛ فالضوء الأخضر يشير إلى الأكسجين على ارتفاعات منخفضة، ويمكن أن يكون الضوء الأحمر من جزيئات الأكسجين على علو مرتفع أو من النيتروجين، وعمومًا يستخدم العديد من الناس مصطلحًا آخر للإشارة إلى الشفق القطبي الشمالي على كوكب الأرض وهو "الأضواء الشمالية".[٨]

يرتبط الشفق القطبي بسؤال: "ما هي الأشعة فوق البنفسجية؟" عندما تم اكتشاف أن ظاهرة الشفق تحدث في الكواكب الأخرى أيضًا منها كوكب المشتري، حيث إن الشفق في كوكب المشتري أكثر حيوية بمئات المرات من الشفق الموجود على الأرض لكنه لا يشع بأطوال موجية مرئية للعين البشرية، لذلك يتم رصد هذه الظاهرة باستخدام الأشعة فوق البنفسجية عن طريق تراكب ثلاثة نطاقات مختلفة لأطوال موجات الأشعة فوق البنفسجية مع رموز ملونة عليها؛ بحيث يشير اللون الأحمر والأخضر والأزرق إلى إلكترونات الطاقة العالية والمتوسطة والمنخفضة التأثير على الغلاف الجوي.[١٣]

المراجع[+]

  1. ^ أ ب "The Electromagnetic Spectrum", imagine.gsfc.nasa.gov, Retrieved 25-09-2019. Edited.
  2. ^ أ ب ت ث ج "Ultraviolet Radiation Definition", www.thoughtco.com, Retrieved 25-09-2019. Edited.
  3. "How we discovered the ultraviolet rays?", www.quora.com, Retrieved 25-09-2019. Edited.
  4. ^ أ ب ت ث ج ح "UV Light", solar-center.stanford.edu, Retrieved 25-09-2019. Edited.
  5. ^ أ ب "What is meant by ultraviolet radiation and its sources?", www.quora.com, Retrieved 25-09-2019. Edited.
  6. ^ أ ب ت ث ج ح خ "What is Ultraviolet Light? - Definition, Wavelength & Uses", study.com, Retrieved 25-09-2019. Edited.
  7. ^ أ ب "What Is Ultraviolet Light?", www.livescience.com, Retrieved 25-09-2019. Edited.
  8. ^ أ ب ت ث ج ح "Ultraviolet Waves", science.nasa.gov, Retrieved 25-09-2019. Edited.
  9. "The EM spectrum", labman.phys.utk.edu, Retrieved 25-09-2019. Edited.
  10. ^ أ ب "Understanding the Wavelength of Ultraviolet Light", www.thoughtco.com, Retrieved 25-09-2019. Edited.
  11. ^ أ ب ت ث ج ح "What Are the Uses of Ultraviolet Light?", sciencing.com, Retrieved 25-09-2019. Edited.
  12. ^ أ ب "Why Is UV Light Harmful?", sciencing.com, Retrieved 25-09-2019. Edited.
  13. "What's Powering Auroras on Jupiter? NASA's Juno Probe Finds Puzzling Clues", www.space.com, Retrieved 25-09-2019. Edited.