morötesi ve daha yüksek frekanslar (x-ışını, gama-ışını) neden atmosferi geçmekte zorlanır ve neden hücrelerle etkileşime girmeye başlayan ilk dalga boylarına sahip ışımalardır? basitçe anlatmaya çalışacağım.

temeller

güneşten çıkan ışık bir elektromanyetik dalgadır ve enerji taşır. boşlukta yayılabilir. dalga veya parçacık gibi davranabilir ki parçacık gibi davranması fotoelektrik olay ile einstein'a nobel kazandırmıştır. morötesinin hücrelerle etkileşimi ise foton özelliğinden gelmektedir. planck bunu e=hv eşitliğiyle açıklamıştır. (burada v frekanstır, arttıkça doğrusal olarak fotonun enerjisi de artmaktadır.)

neden görünür ışık bize kadar gelirken yüksek frekanslar gelemez?

dünyanın yapısı özellikle atmosfer akıl almayacak güzelliktedir ve bizi bütün tehlikeli elektromanyetik ışımalara karşı korumaktadır. gama, x-ışını veya çok yüksek frekanstaki mor ötesi ışık, foton gibi davranarak atmosferin en üstünde bulunan iyonosfer tabakası tarafından durdurulur. peki nasıl durdurulur?

gelen ışığın taşıdığı enerji burada bulunan azot ve oksijenin moleküllerine bağlı bulunan elektronla etkileşecek kadar yüksek enerjiye sahiptir ve hepsini iyonlaştırır. iyonlaştırma esnasında da zararlı ışığın frekansının bütün enerjisi atomlar tarafından absorblanır, dışarıya ise elektronlar çıkar. güneşten gelen ışıma devamlı olduğu için atomlar da devamlı olarak iyonlaşmaktadır. bu yüzden bu tabakaya "iyonosfer" ismi verilmiştir. (referans: atmosfer tabakaları ve atom oranları) geri kalan ışık ise yine ozon tabakasında benzer şekilde etkileşemeye devam edecektir. (harvard referans) bir bölümü ise çeşitli yüzeylerden(bulut, dağ, parlak karlı yüzeyler) dalga gibi davranarak geri yansır. her 1000 metrede uv ışını %10-12 oranında arttığı bilinmektedir. (who referans)

insan gözünün algılayabildiği dalga boyları (400-700 nm arası) veya yer yüzüne ulaşan düşük frekansa sahip (uv-a) morötesi atomları iyonlaştıramayacak kadar düşük enerjilidir. bu sebeple bize kadar ulaşır. yeryüzünde bulunan bir çok şey karbon esaslıdır ve organiktir. bu yüzden gelen yüksek frekanslar tarafından iyonlaşmaya, dna zincirinin kırılmasına hazır durumdadır. sonsuz büyüklükteki evrende sonsuz miktarda ışından atmosfer tabakaları ve yansıma ile korunuruz fakat gelen az miktardaki morötesi ışık bile bize zarar verebilmektedir. referans

morötesi frekansları (dalga boyları)

mor ötesi (ultraviyole) de hücreler için yıkıcı etkiye sahiptir. özellikle değer olarak x ışınlarının üst sınırına yakın olan 100 nm boyutunda uv-c küçük dalga boyu sayesinde kolayca sızabildiği için hücreler için ölümcüldür. 10 nm dalga boyuna kadar bir çok farklı morötesi ışıması olsa da bizi ilgilendirenler şunlardır:
uvc100-290 nm
uvb290-320 nm
uva320-400 nm
daha fazla bilgi için: stanford uv

morötesi ve insan derisinin etkileşimi

neyse ki uvc bize ulaşmaz. uvb'nin %10'u, uva'nin ise yaklaşık %40'ı ulaşır. bu ışınların da dalga boyu deriden bir miktar emilir, çok uzun maruz kalınmazsa zarar vermez. derimiz de bu konuda bize yardımcı olan melanin pigmenti mevcuttur. gelen morötesi ışını absorbe ederek ısı yayar, biz de karşılığında bronzlaşırız fakat gereğinden uzun maruz kalırsanız, daha derine işleyerek dokuların bağlarını kırarak yaşlanmanıza sebebiyet verebilir broznlaşmak.

morötesi vitamin etkileşimi

uv-b'nın bir diğer özelliği d vitaminini aktifleştirmesidir. uv-a'a göre daha yüksek frekansa yani düşük dalga boyuna sahiptir ve derinin katmanlarından geçebilir. böylece böbreklerimizde inaktif durumda bulunan d vitaminini uyararak aktif hale getirir. belirtmem gerekiyor ki haftada 3 defa 5-15 dk eli-yüzü-kolları güneşte tutarak durmak yeterlidir uvb ve d vitamini. yani saatlerce güneşlenmeye gerek yoktur. ışık ile insan etkileşimi üstüne daha detaylı bilgi sahibi olmak için sizi şuraya alalım:

morötesi dna etkileşimi

özellikle uvb'nin deride dna lezyonları oluşmasına sebep olur. gelen ışığın frekansı dna sarmallarına zarar verecek kadar enerji taşır ve buradaki bağları kopartır. sonuçta siklobüton primidin dimeri oluşur ve hücre zarar görür. ışığa maruz kalındıkça saniyede 50-100 dimer oluştuğu bilinmektedir. dna'nın kendini onarmasına izin verilmez ve devamlı deformasyona sürerse mutasyon gerçekleşebilir, kanserli hücreler oluşabilir. örneğin virüsler bu durumda korumasız olduğu için dna sarmaları morötesi sebebiyle hızlıca parçalanmaktadır. (referans)

mor ötesinden nasıl korunuruz?

bir ışını durdurmak, yani emmek veya yansıtmak istiyorsanız bunu 2 şekilde yaparsanız.
1) kalın bir cisim kullanırsınız. böylece ışığı bloklarsınız.
2) bunu yapamadığınız yerde duruma atomik açıdan yaklaşır ve bant aralığı geniş bir cisim seçersiniz. örnek: güneş gözlüğü!

bant aralığı nedir? 

basit anlamda dış yörüngedeki bir elektronun valans seviyesinden iletim bandı seviyesine atladığı aralığa bant aralığı denir. iletken malzemelerde bu aralık yokken ya da çakışıkken, yalıtkanlarda büyüktür. bant aralığının büyük olması demek planck (e=hv) eşitliğine göre ancak yüksek frekans tarafından uyarılabileceği anlamına gelir ki bu mesafeyi geçebilsin.

gelen mor ötesi fotonlar bant aralığındaki elektronları uyarır, uyarılan elektron fotonu sönümleyerek bir üst seviyeye çıkmaya çalışır. foton enerjisini tükettiği için diğer tarafa geçemez(tam olmasa da iyonosfer mekanizmasına benzer şekilde düşünebilirsiniz). bu da mor ötesi gibi ışınların yalıtkanlarla etkileştiğini yani bu ışığı zor geçirdiklerini gösterir. örneğin düşük frekanslı kırmızı gibi ışınlardan etkilenmezler ve geçirirler. bu yalıtkanlara en önemli örnek camlardır. daha fazla bilgi: https://en.wikipedia.org/wiki/band_gap

kısacası gözlük kullanmak ince retinanızı mor ötesi ışıktan koruyacaktır. karanlık bir ortamda belli frekans üstündeki mor ötesi ışığı cama tutarsanız, sadece karanlık bir bölge görürsünüz. alttaki referansta ışığın farklı dalga boylarını ne oranda absorblandığını görebilirsiniz:
şekil:

bilindiği kadarıyla camın uvb ve uvc'i %90'na yakın oranda durdurur, uva'ı ise belli oranda geçirir. enerjisi düşük olduğu için bant aralığındaki elektronları uyaramaz makale=cam - mor ötesi etkileşimi. tabi bu şu anlama da geliyor. güneş gözlüğü alırken camdan yapıldıysa özellikle uv koruması yazmalarına pek gerek yoktur, cam zaten doğal olarak geçirmez ama içine katılacak çeşitli elementlerde bu sönümleme oranı ve frekans aralığı arttırılabilir.

kaynak: william d. callister jr., david g. rethwisch, "materials science and engineering: an introduction, 10th edition", wlley, 2018.

Neden Radyo Dalgaları Duvardan Geçerken Işık Geçemez?