Absorção de infravermelho e raios gama pela atmosfera
22 de outubro, 2019 às 21:30 | Postado em Atmosfera, Estrutura da matéria, Radiação
Respondido por: Prof. Gustavo Gil da Silveira - IF-UFRGS e membro da Colaboração CMS do CERN-LHCEstava me perguntando como as ondas infravermelho são bloqueadas pela atmosfera terrestre enquanto os raios gama, muito mais energéticos devido a maior frequência, são bloqueados. Qual a explicação para isso? Quanto maior a frequência de propagação, maior o poder de penetração, não é?
Como dito na pergunta, as ondas eletromagnéticas com frequência no infravermelho são absorvidas por gases presentes na atmosfera terrestre. Por outro lado, o mecanismo de absorção de raios gama são distintos devido às energias envolvidas, como também apontado na pergunta. A atmosfera terrestre se apresenta como um meio muito espesso (de quilômetros de extensão) para os raios gama atravessarem, o que faz com que eles percam muita energia em diferentes formas, similar aos meios materiais que bloqueiam radiação gama, como placas de chumbo.
Neste caso, os mecanismos envolvidos são relacionados à interação dos raios gama com partículas e/ou átomos/moléculas presentes na atmosfera devido ao menor comprimento de onda. Os mecanismos principais são (i) a produção de pares, (ii) o efeito fotoelétrico e (iii) o espalhamento Compton, cada qual dominante dependendo da energia do raio gama incidente na atmosfera. Portanto, apesar de altamente energéticos, a atmosfera terrestre é um meio suficientemente denso para que estas partículas sejam absorvidas enquanto a atravessam. Esses raios gama provenientes do espaço são uma classe de eventos que atingem nossa atmosfera, sendo comumente conhecidos como Raios Cósmicos. Atualmente, o Instituto de Física desenvolve um protótipo de detector de raios cósmicos (http://cta.if.ufrgs.br/projects/detector-de-raios-cosmicos/) e possui um grupo dedicado ao estudo da simulação destes raios na atmosfera terrestre (https://www.ufrgs.br/hepsim/).
Em grande escala, fótons de altíssima energia (da ordem de GeV) são usados para estudo das interações fundamentais. O Grande Colisor de Hádrons do CERN (LHC) pode atuar como um “colisor de fótons” para estudos do Modelo Padrão das Partículas Elementares: http://cms.web.cern.ch/news/lhc-photon-collider.
No caso da absorção infravermelha por gases não causaria um aumento na energia mecânica da molécula, levando a sua decomposição? Consequentemente uma diminuição na concentração na atmosfera? Ou uma reemissão em todas as direções?
De fato, a energia mecânica total do sistema deve aumentar com a absorção da radiação, contudo existem várias energias internas disponíveis. No caso da radiação infravermelha, existem energias de vibração, rotação e translação nas moléculas da atmosfera (tipicamente triatômicas) que podem variar ao absorver um fóton, as quais são posteriormente liberadas em outras formas de energias. Contudo, mesmo que uma decomposição da molécula seja possível, isso raramente ocorre, pois a atmosfera não é alterada significativamente devido a esse fenômeno. Caso ocorresse seguidamente, veríamos uma alteração na composição da atmosfera.