إن لمصطلح الأشعة السينية وقع عجيب، وقد أطلق عليها ذلك لأنها كانت «مجهولة» (مثل «س» في المعادلات)، لكنها فوتونات – إشعاع كهرومغناطيسي – تشكل جزءا من الطيف الكهرومغناطيسي الذي لا يمكننا رؤيته بين الأشعة فوق البنفسجية وأشعة جاما. وفي هولندا وألمانيا، لا يُطلق عليها اسم الأشعة السينية، وإنما يطلق عليها اسم عالم الفيزياء الألماني، فيلهلم رونتغن، الذي اكتشفها عام 1895. وبإمكاننا تمييز الأشعة السينية على النحو ذاته الذي نرصد به الأشعة الأخرى في الطيف الكهرومغناطيسي، وذلك بثلاث طرق مختلفة لكنها مترابطة، وهي: التردد (عدد الدورات لكل ثانية، والتي تقاس بالهرتز)، والطول الموجي (طول الموجة الواحدة، بالمتر، وفي هذه الحالة بالنانومتر)، أو بالطاقة (بالإلكترون فولت، eV، أو ألف إلكترون فولت، keV).

وإليك بعض أوجه المقارنة السريعة. يبلغ الطول الموجي للضوء الأخضر حوالي 500 من مليار جزء من المتر، أو 500 نانومتر، وتبلغ طاقته حوالي 2.5 إلكترون فولت. وتبلغ طاقة أدنى فوتونات الأشعة السينية طاقة حوالي 100 إلكترون فولت، أي عشرين ضعف طاقة فوتون الضوء الأخضر، ويبلغ طوله الموجي حوالي 12 نانومتر. أما أعلى فوتونات الأشعة السينية طاقة، فتبلغ 100 ألف إلكترون فولت، وطولها 012.0 نانومتر. (تبلغ طاقة الأشعة السينية التي يستخدمها طبيب الأسنان 50 ألف إلكترون فولت). أما على الطرف الآخر من الطيف الكهرومغناطيسي، في الولايات المتحدة الأمريكية، فتبث محطات الراديو على الموجة المتوسطة بين ترددي 520 کیلوهرتز (بطول موجي 577 مترًا – حوالي ثلث ميل) و1710 کیلوهرتز (بطول موجي طاقة 175 مترًا – حوالي ثلث ميل ضعف طول ملعب كرة قدم). وتقل طاقة تلك الموجات عن. الضوء الأخضر مليار مرة، وعن طاقة الأشعة السينية تريليون مرة.

تشكل الطبيعة الأشعة السينية بعدة طرق مختلفة؛ حيث تنبعث الأشعة السينية طبيعيا من معظم الذرات المشعة خلال عملية التحلل النووي؛ حيث تقفز الإلكترونات من مستوى أعلى للطاقة إلى مستوى أدنى، وذلك الفرق في مستوى الطاقة ينبعث في صورة أشعة سينية تختلف طاقات تلك الفوتونات اختلافا بالغا، وذلك لأن مستويات طاقة الإلكترونات مُكماة؛ أو تغير الإلكترونات اتجاهها عند مرورها بأنوية الذرات بسرعة عالية، وتطلق بعضًا من طاقتها في شكل أشعة سينية. هذا النوع من انبعاث الأشعة السينية، وهو النوع الشائع في علم الفلك وفي أجهزة الأشعة السينية المستخدمة في مجالي الطب وطب الأسنان، نطلق عليه اسما ألمانيا معقدًا، brensstrahlung، أو بالترجمة الحرفية «أشعة الانكباح». يمكن إنتاج الأشعة السينية متفاوتة الطاقة كذلك في بعض من أجهزة الأشعة السينية الطبية، لكن أشعة الانكباح (التي تنتج طيفا مستمرًا من الأشعة السينية) بوجه عام هي الأكثر شيوعًا. حين تدور الإلكترونات عالية الطاقة حول خطوط المجال المغناطيسي، يتغير اتجاه سرعتها طوال الوقت، ومن ثم، فإنها تشع بعضًا من طاقتها في صورة أشعة سينية. ونطلق على ذلك الإشعاع السينكروتوني، ويُطلق عليها أيضًا أشعة الانكباح المغناطيسية (هذا ما يحدث في سدیم السرطان).

تنتج الأشعة السينية طبيعيًّا عند ارتفاع درجة حرارة المواد الكثيفة لدرجات حرارة عالية جدا، إلى ملايين الدرجات على مقياس كلفن. وهنا نطلق على ذلك إشعاع الجسم الأسود. ترتفع درجة المادة لهذه الدرجة في ظروف قصوى، مثل انفجارات المستعر الأعظم – وهي انفجارات نجمية هائلة تحدث عند نهاية عمر بعض النجوم الضخمة – أو عند سقوط الغاز بسرعة هائلة باتجاه ثقب أسود أو نجم نيتروني. على سبيل المثال تُطلق الشمس التي تبلغ درجة حرارة سطحها حوالي 6000 كلفن أقل قليلا من نصف طاقتها (46 في المائة من طاقتها) في صورة ضوء مرئي. أما الباقي فيكون في صورة أشعة تحت حمراء (49 في المائة) وأشعة فوق بنفسجية (5 في المائة). ورغم أن درجة حرارة الشمس أبعد ما يكون عن درجة السخونة الكافية لانبعاث الأشعة السينية، تنبعث بعض الأشعة السينية من الشمس، ولا يوجد تفسير فيزيائي مفهوم لذلك. إلا أن الطاقة المنبعثة من الشمس في صورة أشعة سينية لا تربو على واحد من مليون من إجمالي الطاقة المنبعثة من الشمس. وجسم الإنسان يطلق أشعة تحت حمراء لكنه ليس بالسخونة الكافية لإطلاق ضوء مرئي.

ومن الجوانب المثيرة للعجب. والمفيدة كذلك – للأشعة السينية أن بعض أنواع المادة، مثل العظام، تمتص الأشعة السينية أكثر من غيرها، مثل الأنسجة اللينة، وهو ما يفسر ظهور مناطق فاتحة وأخرى داكنة في صور الأشعة السينية للفم أو اليد. وإن كان سبق لك إجراء أشعة سينية، فلا بد أنك خضت تجربة ارتداء مئزر الرصاص لحماية باقي أعضاء جسمك، وذلك لأن التعرض للأشعة السينية يمكن أن يرفع خطورة الإصابة بمرض السرطان. ولذلك من الجيد – على الأغلب – أن الغلاف الجوي للأرض يتمتع بقدرة جيدة على امتصاص الأشعة السينية. فعند مستوى البحر، يمتص سنتيمتر واحد من الهواء 99 في المائة من الأشعة السينية منخفضة الطاقة (تبلغ طاقتها ألف إلكترون فولت). أما الأشعة السينية التي تبلغ طاقتها خمسة آلاف إلكترون فولت، فإن امتصاص 99 في المائة منها يحتاج إلى حوالي 80 سنتيمتر من الهواء، أي حوالي ثلاثة أقدام. يتطلب امتصاص 99 في المائة من الأشعة السينية عالية الطاقة، بمعدل طاقة 25 ألف إلكترون فولت، 80 مترًا من الهواء.