فرابنفش: نور نامرئی با قدرت شگفتانگیز
۱. نور مرئی و همسایه نامرئی آن: درک طیف الکترومغناطیسی
اگر نور خورشید را به کمک یک منشور تجزیه کنیم، رنگینکمانی از رنگها شامل بنفش، نیلی، آبی، سبز، زرد، نارنجی و قرمز را میبینیم. این همان نور مرئی است. اما داستان نور خورشید به این هفت رنگ ختم نمیشود! در دو سوی این نوار رنگینکمان، نواحی نامرئی گستردهای وجود دارند که چشم ما قادر به دیدن آنها نیست. در سوی رنگ بنفش، ناحیهای با انرژی بیشتر و طولموج کوتاهتر قرار دارد که فرابنفش1 نامیده میشود.
همهٔ این امواج، از امواج رادیویی بلند تا پرتوهای گاما2 کوتاه، اعضای خانوادهٔ بزرگ طیف الکترومغناطیسی هستند. آنچه این اعضا را از هم متمایز میکند، طولموج و فرکانس3 آنهاست. رابطهٔ بین طولموج ($\lambda$)، فرکانس ($f$) و سرعت نور ($c$) با این فرمول ساده بیان میشود: $c = \lambda \times f$ سرعت نور در خلا تقریباً برابر است با 300,000 کیلومتر بر ثانیه. بنابراین، هرچه طولموج کوتاهتر باشد، فرکانس و در نتیجه انرژی موج بیشتر است.
| نوع موج | طولموج تقریبی | مثالهایی از کاربرد | سطح انرژی |
|---|---|---|---|
| امواج رادیویی | بیش از 1 متر | رادیو، تلویزیون، ارتباطات موبایل | کمترین |
| ریزموج4 | 1 میلیمتر تا 1 متر | اجاق مایکروویو، رادار، وایفای | کم |
| مادون قرمز5 | 700 نانومتر تا 1 میلیمتر | کنترل از راه دور، دوربین دید در شب، حسگر حرارتی | متوسط |
| نور مرئی | 400 تا 700 نانومتر | بینایی، نمایشگرها، فیبر نوری | متوسط به بالا |
| فرابنفش (یووی) | 10 تا 400 نانومتر | ساخت ویتامین دی، ضدعفونی، تشخیص اسکناس | زیاد |
| پرتو ایکس6 | 0.01 تا 10 نانومتر | عکسبرداری پزشکی، بازرسی چمدان در فرودگاه | بسیار زیاد |
۲. سه نوع اصلی پرتو فرابنفش: از خورشید تا لامپ
پرتوهای فرابنفش خود بر اساس طولموج و انرژی به سه دستهٔ اصلی تقسیم میشوند:
• فرابنفش آ (UVA): طولانیترین طولموج (315 تا 400 نانومتر) و کمترین انرژی در بین انواع یووی را دارد. بیش از 95٪ از پرتوهای یووی خورشید که به زمین میرسند از این نوع هستند. این پرتوها میتوانند از شیشه پنجره عبور کنند و تا لایههای عمیقتر پوست نفوذ نمایند. نقش اصلی در پیری زودرس پوست و همچنین برنزه شدن سریع دارند.
• فرابنفش ب (UVB): طولموج متوسط (280 تا 315 نانومتر) و انرژی بیشتری دارد. بخش عمدهٔ آن توسط لایه ازون جذب میشود، اما مقداری از آن به زمین میرسد. این پرتوها عامل اصلی آفتابسوختگی، قرمزی پوست و در درازمدت افزایش خطر ابتلا به سرطان پوست هستند. از سوی دیگر، تحریک پوست برای ساخت ویتامین دی نیز عمدتاً بر عهدهٔ این پرتوهاست.
• فرابنفش ث (UVC): کوتاهترین طولموج (100 تا 280 نانومتر) و در نتیجه پرانرژیترین نوع یووی است. این پرتوها به طور کامل توسط لایه ازون و جو زمین جذب میشوند و به سطح زمین نمیرسند. به دلیل انرژی بالا، قدرت تخریب کنندگی بسیار زیادی بر روی مادهٔ ژنتیکی (DNA) باکتریها و ویروسها دارند و از این رو در دستگاههای ضدعفونی مصنوعی استفاده میشوند.
۳. کاربردهای شگفتانگیز پرتوهای نامرئی در زندگی روزمره
پرتو فرابنفش فقط یک عامل مضر نیست؛ بلکه کاربردهای مفید و گوناگونی در علم، پزشکی و صنعت دارد. در ادامه به چند نمونهٔ ملموس اشاره میکنیم:
الف) ضدعفونی و بهداشت: لامپهای UVC مصنوعی برای از بین بردن میکروبها در هوا، آب و سطوح استفاده میشوند. مثال ساده، دستگاههای «استریلایزر» یا ضدعفونیکنندهٔ لوازم دندانپزشکی یا حتی برخی جاروبرقیهای مدرن است. این پرتوها با آسیب رساندن به DNA میکروارگانیسمها، آنها را غیرفعال میکنند.
ب) پزشکی و سلامت: همانطور که گفتیم، پرتو UVB با برخورد به پوست، باعث سنتز ویتامین D در بدن میشود که برای سلامت استخوانها ضروری است. همچنین در «فتوتراپی» از نور فرابنفش برای درمان بیماریهای پوستی مانند پسوریازیس7 و ویتیلیگو8 استفاده میکنند.
ج) تشخیص اصل بودن اسناد و اسکناس: بسیاری از اسکناسها، کارتهای اعتباری و گذرنامهها، نوارها یا علامتهای نامرئی دارند که فقط تحت نور فرابنفش خاصی دیده میشوند. دفترچهٔ بیمه یا کارت ملی خود را زیر یک لامپ یووی (مثل لامپ تشخیص اسکناس) بگیرید تا این تصاویر پنهان را ببینید!
د) اخترشناسی و شیمی: تلسکوپهای فضایی مجهز به حسگرهای فرابنفش، به دانشمندان کمک میکنند تا ستارههای داغ، سحابیها و کهکشانهای دوردست را مطالعه کنند. در آزمایشگاههای شیمی نیز از نور فرابنفش برای تجزیه و تحلیل مواد و یا برانگیختن برخی واکنشها استفاده میشود.
۴. نور فرابنفش و پوست: از برنزهشدن تا محافظت ضروری
تعامل پرتو فرابنفش با پوست انسان، نمونهای عالی از یک پدیدهٔ علمی دوگانه (هم مفید، هم مضر) است. وقتی پوست در معرض UVB قرار میگیرد، سلولهای خاصی به نام «ملانوسیت» تحریک شده و رنگدانهای به نام «ملانین» بیشتر تولید میکنند. این ملانین مانند یک سد طبیعی عمل کرده و پرتوها را جذب میکند تا به لایههای عمیقتر آسیب نرسانند. نتیجهٔ این فرآیند، تیره شدن یا برنزه شدن پوست است که در واقع یک مکانیسم دفاعی بدن است.
با این حال، اگر مقدار پرتو دریافتی از توان دفاعی پوست بیشتر باشد، آسیب آغاز میشود. پرتو UVA با نفوذ عمقیتر، به رشتههای کلاژن و الاستین پوست آسیب میزند و باعث چروکیدگی و پیری زودرس میشود. پرتو UVB نیز میتواند مستقیماً به DNA سلولهای پوستی آسیب بزند. اگر این آسیب ترمیم نشود، میتواند به جهش سلولی و در نهایت سرطان پوست منجر شود.
لایه ازون در استراتوسفر، مانند یک فیلتر طبیعی حیاتی عمل میکند و بخش عمدهٔ پرتوهای مضر UVB و تمام UVC خورشید را جذب میکند. نازک شدن این لایه به دلیل فعالیتهای انسانی، نگرانیهای جدی برای سلامت کرهٔ زمین ایجاد کرده است.
۵. اشتباهات رایج و پرسشهای مهم
پاورقی و واژهنامه
1 فرابنفش / Ultraviolet (UV)
2 پرتو گاما / Gamma Ray
3 فرکانس / Frequency: تعداد دفعات تکرار یک موج در واحد زمان (هرتز).
4 ریزموج / Microwave
5 مادون قرمز / Infrared (IR)
6 پرتو ایکس / X-Ray
7 پسوریازیس / Psoriasis: یک بیماری پوستی التهابی.
8 ویتیلیگو / Vitiligo: بیماری که در آن لکههای سفید روی پوست ایجاد میشود.
9 SPF: Sun Protection Factor.
10 Broad-Spectrum.
