Published in: الفيزياء

الأشعّة فوق البنفسجية

Author د. جاسم الفواز

Published on: 17 أكتوبر، 2023

د. جاسم الفواز

تدقيق لغوي: أ. موانا دبس

كيف اكتشفت الأشعّة فوق البنفسجية؟

في عام 1801 م أجرى يوهان ريتر (Gohann Ritter) تجربةً للتحقُّق من وجود طاقةٍ خارج الطرف البنفسجي من الطيف المرئي، ولأنه كان يعلم أن ورق التصوير الفوتوغرافي سوف يتحول إلى اللون الأسود بسرعةٍ أكبر في الضوء الأزرق منه في الضوء الأحمر، فقد قام بتعريض الورقة لضوءٍ يتجاوز اللون البنفسجي، فتحولت إلى اللون الأسود، مما أثبت وجود الضوء فوق البنفسجي. ^[1]

ما هي الأشعّة فوق البنفسجية؟

الأشعّة فوق البنفسجية (Ultraviolet) هي تنتمي إلى ذلك الجزء من الطيف الكهرطيسي الكهرومغناطيسي المُمْتد من نهاية النطاق البنفسجي أو الطول الموجي القصير لنطاق الضوء المرئي إلى منطقة الأشعة السينية. ولا يمكن رؤيتها بالعين البشرية، ولكن العديد من الحشرات قادرة على رؤية الأشعة فوق البنفسجية، مثل: النحل، وتقع الأشعة فوق البنفسجية بين أطوال موجية تبلغ حوالي 400 نانومتر (1 نانومتر يساوي جزء من مليار جزء من المتر) على جانب الضوء المرئي، وحوالي 10 نانومتر على جانب الأشعة السينية، على الرغم من أن بعض الدراسات توسُّع حدّ الطول الموجي القصير إلى 4 نانومتر.

تقسم مناطق الأشعة فوق البنفسجية تقليديًا إلى أربع مناطق

1- القريبة (Near) (400-300 نانومتر).

2- المتوسطة (Middle) (300-200 نانومتر).

3- البعيدة (Far) (200-100 نانومتر).

4- المتطرفة (Extreme) (أقل من 100 نانومتر).

ما هي أقسام الأشعّة فوق البنفسجية؟

بناءً على تفاعل الأطوال الأشعة فوق البنفسجية مع المواد البيولوجية (Biological materials)، فيتم تحديد ثلاثة أقسام، وهي:

1- أشعة الضوء الأسود (Black light)، وأطوال موجتها ضمن المجال (400-315 نانومتر).

2- الأشعة فوق البنفسجية المؤثرة على الكائنات الحية، وأطوال موجتها ضمن المجال (315-280 نانومتر).

3- الأشعة فوق البنفسجية التي لا تصل إلى سطح الأرض، وأطوال موجتها ضمن المجال (280-100 نانومتر). ^[2]

ما هي أنواع الأشعّة فوق البنفسجية؟

الشكل الأكثر شيوعًا للأشعة فوق البنفسجية هو ضوء الشمس، الذي ينتج ثلاثة أنواع رئيسية من الأشعة فوق البنفسجية:

1- الأشعة فوق البنفسجية A أو UVA.

2- الأشعة فوق البنفسجية B أوUVB .

3- الأشعة فوق البنفسجية C أو UVC.

تتمتع الأشعة فوق البنفسجية (UVA) بأطول موجة طويلة تليها الأشعة فوق البنفسجية (UVB)، والأشعة فوق البنفسجية (UVC) التي لها الأطوال الموجية الأقصر. تنفذ الأشعة فوق البنفسجية فئة A من الغلاف الجوي بينما الأشعة فوق البنفسجية فئة B تنفذ بشكلٍ طفيف عبر الغلاف الجوي، إلا أن طبقة الأوزون تمتصُّ كل الأشعة فوق البنفسجية C، وجزءاً كبيراً من الأشعة فوق البنفسجية فئة B. لذلك، فإن معظم الأشعة فوق البنفسجية التي تتلامس معها هي UVA مع كمية صغيرة من (UVB). ^[3]

ما هو دور الغلاف الجوي في حماية الأرض من الأشعة فوق البنفسجية؟

يمنع الغلاف الجوي المحيط بالأرض معظم الأشعة فوق البنفسجية القادمة من الفضاء من الوصول إليها، حيث يحجب جزءاً كبيراً منها بواسطة الأوزون في طبقة الستراتوسفير على ارتفاع حوالي 35 كم، وللأسف يحدث حالياً استنفاد الأوزون بسبب المواد الكيميائية التي يصنعها الإنسان، والتي يتمُّ إطلاقها في الغلاف الجوي، وتنجح الاتفاقيات الدولية، وخاصةً بروتوكول مونتريال (Montreal Protocol) تدريجياً في التخلص التدريجي من إنتاج المواد المستنفدة للأوزون، ومع ذلك، فإن العمر الطويل للمواد الكيميائية التي تمَّ إطلاقها بالفعل سوف يتسبّب في استمرار مشاكل استنفاد الأوزون لسنواتٍ عديدة قادمة، ومن غير المتوقَّع حدوث انتعاشٍ كاملٍ لمستوى الأوزون حتى عام 2050. ^[4]

ما هي العوامل البيئية التي تؤثر على تعرُّضنا للأشعة فوق البنفسجية؟

تختلف مستويات الأشعة فوق البنفسجية بشكلٍ رئيسي مع ارتفاع الشمس في السماء، وفي خطوط العرض الوسطى تكون أعلى مستوياتها خلال أشهر الصيف خلال فترة الساعات الأربع عند الظهيرة الشمسية، وخلال هذه الأوقات، تتخذ أشعة الشمس المسار الأكثر مباشرةً إلى الأرض.

في المقابل، خلال ساعات الصباح الباكر أو في وقتٍ متأخرٍ بعد الظهر تمرُّ أشعة الشمس بزاويةٍ أكبر عبر الغلاف الجوي، ويتمُّ امتصاص قدرٍ أكبر بكثير من الأشعة فوق البنفسجية، وتصل كميةٌ أقل إلى الأرض، ومن أهمّ العوامل المؤثرة على امتصاص الأشعة فوق البنفسجية:  

1- خط العرض

مستويات الأشعة فوق البنفسجية أعلى بالقرب من خط الاستواء، حيث تكون لأشعة الشمس مسافةً أقصر لتنتقل عبر الغلاف الجوي، وبالتالي يمكن امتصاص كميةٍ أقل من الأشعة فوق البنفسجية الضارة.

2- الارتفاع

مع زيادة الارتفاع، يتوفر غلافٌ جويٌّ أقل لامتصاص الأشعة فوق البنفسجية، وبالتالي يزداد التعرُّض لها، فمع كل ارتفاع 1000 متر، ترتفع مستويات الأشعة فوق البنفسجية بنسبة 10بالمئة تقريبًا.

3- الغيوم والضباب والثلج

العشب، أو التربة، أو الماء يعكس أقل من 10 بالمئة‎ من الأشعة فوق البنفسجية الواردة، بينما الرمال تعكس حوالي 15 بالمئة‎، وزبد البحر حوالي 25 ‎بالمئة‎، بينما يعدُّ الثلج عاكسًا كبيراً جيدًا بشكلٍ خاص، فتعكس 80 ‎بالمئة‎ من الأشعة. تؤكد الحوادث المتكررة للعمى الثلجي أو التهاب القرنية الضوئية لدى المتزلجين على أن تدابير الحماية من الأشعة فوق البنفسجية يجب أن تؤخذ في الاعتبار.

تكون مستويات الأشعة فوق البنفسجية في أعلى مستوياتها عندما تكون السماء صافية، حيث إن الغطاء السحابي يُقلّل من تعرُّض الشخص للأشعة فوق البنفسجية. ومع ذلك، فإن السحب الخفيفة أو الرقيقة لها تأثيرٌ ضئيل، وقد تؤدي إلى زيادة مستويات الأشعة فوق البنفسجية بسبب ظاهرة التشتُّت. ^[5]