Τα ραδιοκύματα είναι ένας τύπος ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που είναι περισσότερο γνωστός για τη χρήση τους στις τεχνολογίες επικοινωνιών, όπως η τηλεόραση, τα κινητά τηλέφωνα και τα ραδιόφωνα. Αυτές οι συσκευές λαμβάνουν ραδιοκύματα και μετατρέπουν τους σε μηχανικούς κραδασμούς στο ηχείο για να δημιουργήσουν ηχητικά κύματα.
Το φάσμα ραδιοσυχνοτήτων είναι σχετικά μικρό μέρος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος (EM). Το φάσμα EM είναι γενικά χωρισμένο σε επτά περιοχές, σύμφωνα με το μειούμενο μήκος κύματος και την αύξηση της ενέργειας και της συχνότητας, σύμφωνα με το Πανεπιστήμιο του Rochester. Οι κοινές ονομασίες είναι τα ραδιοκύματα, τα μικροκύματα, το υπέρυθρο (IR), το ορατό φως, οι υπεριώδεις ακτίνες (UV), οι ακτίνες Χ και οι ακτίνες γάμμα.
Τα ραδιοκύματα έχουν τα μεγαλύτερα μήκη κύματος στο φάσμα EM, σύμφωνα με τη NASA, που κυμαίνεται από περίπου 0,04 ίντσες (1 χιλιοστόμετρο) έως περισσότερα από 62 μίλια (100 χιλιόμετρα). Έχουν επίσης τις χαμηλότερες συχνότητες, από περίπου 3.000 κύκλους ανά δευτερόλεπτο, ή 3 kilohertz, μέχρι περίπου 300 δισεκατομμύρια hertz, ή 300 gigahertz.
Το ραδιοφάσμα είναι περιορισμένος πόρος και συγκρίνεται συχνά με τις γεωργικές εκτάσεις. Ακριβώς όπως οι αγρότες πρέπει να οργανώσουν τη γη τους για να επιτύχουν την καλύτερη συγκομιδή όσον αφορά την ποσότητα και την ποικιλία, το ραδιοφάσμα πρέπει να κατανέμεται μεταξύ των χρηστών με τον αποδοτικότερο τρόπο, σύμφωνα με την British Broadcasting Corp. (BBC). Στις ΗΠΑ, η Εθνική Υπηρεσία Τηλεπικοινωνιών και Πληροφοριών στο Υπουργείο Εμπορίου των Ηνωμένων Πολιτειών διαχειρίζεται τις κατανομές συχνοτήτων κατά μήκος του ραδιοφάσματος.
Ανακάλυψη
Ο σκωτσέζος φυσικός James Clerk Maxwell, ο οποίος ανέπτυξε μια ενοποιημένη θεωρία ηλεκτρομαγνητισμού στη δεκαετία του 1870, προέβλεψε την ύπαρξη ραδιοκυμάτων, σύμφωνα με την Εθνική Βιβλιοθήκη της Σκωτίας. Το 1886 ο Heinrich Hertz, γερμανικός φυσικός, εφάρμοσε τις θεωρίες του Maxwell στην παραγωγή και λήψη ραδιοκυμάτων. Ο Hertz χρησιμοποίησε απλά σπιτικά εργαλεία, όπως ένα επαγωγικό πηνίο και ένα βάζο Leyden (ένα πρώιμο είδος πυκνωτή που αποτελείται από ένα γυάλινο βάζο με φύλλα αλουμινίου τόσο μέσα όσο και έξω) για τη δημιουργία ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Hertz έγινε το πρώτο πρόσωπο που μεταδίδει και δέχεται ελεγχόμενα ραδιοκύματα. Η μονάδα συχνότητας ενός κύματος EM - ένας κύκλος ανά δευτερόλεπτο - ονομάζεται hertz, προς τιμήν του, σύμφωνα με την Αμερικανική Ένωση για την Προώθηση της Επιστήμης.
Συγκροτήματα ραδιοκυμάτων
Η εθνική διοίκηση τηλεπικοινωνιών και πληροφοριών χωρίζει γενικά το ραδιοφάσμα σε εννέα ζώνες:
.tg {font-family: Arial, sans-serif; font-size: 14px · padding: 10px 5px · border-collapse: Στυλ: συμπαγές · πλάτος περιγράμματος: 0px · υπερχείλιση: κρυφό · σπάσιμο λέξης: κανονικό · χρώμα περιγράμματος: #ccc · χρώμα: # 333 · χρώμα φόντου: #fff ·} .tg th {font-family: Arial, sans-serif · μέγεθος γραμματοσειράς: 14px · γραμματοσειρά-βάρος: κανονικό · παραμόρφωση: 10px 5px · τύπος περιθωρίου: στερεό · πλάτος περιθωρίου: 0px · υπερχείλιση: κρυφό · σπάσιμο λέξης: κανονικό · χρώμα περιγράμματος: #ccc; χρώμα: # 333; χρώμα φόντου: # f0f0f0;} .tg .tg-mcqj {font-βάρος: έντονο · χρώμα περιγράμματος: # 000000 · κείμενο-ευθυγράμμιση: 73οχ {χρώμα περιγράμματος: # 000000 · κείμενο-ευθυγράμμιση: αριστερά · κατακόρυφη-ευθυγράμμιση: επάνω}
| Ζώνη | Εύρος συχνοτήτων | Εύρος μήκους κύματος |
|---|---|---|
| Εξαιρετικά χαμηλή συχνότητα (ELF) | <3 kHz | > 100 χλμ |
| Πολύ χαμηλή συχνότητα (VLF) | 3 έως 30 kHz | 10 έως 100 χλμ |
| Χαμηλή συχνότητα (LF) | 30 έως 300 kHz | 1 έως 10 χιλιόμετρα |
| Μεσαία συχνότητα (MF) | 300 kHz έως 3 MHz | 100 m έως 1 km |
| Υψηλή συχνότητα (HF) | 3 έως 30 MHz | 10 έως 100 μ |
| Πολύ υψηλή συχνότητα (VHF) | 30 έως 300 MHz | 1 έως 10 μ |
| Υψηλή συχνότητα (UHF) | 300 MHz έως 3 GHz | 10 cm έως 1 m |
| Υψηλή συχνότητα (SHF) | 3 έως 30 GHz | 1 έως 1 cm |
| Εξαιρετικά υψηλή συχνότητα (EHF) | 30 έως 300 GHz | 1 mm έως 1 cm |
Χαμηλές έως Μεσαίες συχνότητες
Τα ραδιοκύματα ELF, τα χαμηλότερα από όλες τις ραδιοσυχνότητες, έχουν μεγάλη απόσταση και είναι χρήσιμα για τη διείσδυση νερού και πετρωμάτων για επικοινωνία με υποβρύχια και μέσα σε ορυχεία και σπηλιές. Η πιο ισχυρή φυσική πηγή των κυμάτων ELF / VLF είναι κεραυνός, σύμφωνα με τον όμιλο Stanford VLF. Τα κύματα που παράγονται από κεραυνές μπορούν να αναπηδήσουν μεταξύ της Γης και της ιονόσφαιρας (στρώμα ατμόσφαιρας με υψηλή συγκέντρωση ιόντων και ελεύθερα ηλεκτρόνια), σύμφωνα με το Phys.org. Αυτές οι διαταραχές του κεραυνού μπορούν να διαστρεβλώσουν σημαντικά ραδιοσήματα που ταξιδεύουν σε δορυφόρους.
Οι ζώνες ραδιοσυχνοτήτων LF και MF περιλαμβάνουν ραδιόφωνο θαλάσσης και αεροπορίας, καθώς και εμπορικό ραδιόφωνο AM (διαμόρφωση εύρους), σύμφωνα με τη σελίδα RF. Οι ζώνες ραδιοσυχνοτήτων AM πέφτουν μεταξύ 535 kilohertz και 1,7 megahertz, σύμφωνα με το How Stuff Works. Το ραδιόφωνο AM έχει μεγάλο εύρος, ιδιαίτερα τη νύχτα, όταν η ιονόσφαιρα είναι καλύτερη στην διάθλαση των κυμάτων πίσω στη γη, αλλά υπόκειται σε παρεμβολές που επηρεάζουν την ποιότητα του ήχου. Όταν ένα σήμα παρεμποδίζεται εν μέρει - για παράδειγμα, από ένα κτίριο με μεταλλικά τοιχώματα, όπως ένας ουρανοξύστης - μειώνεται ανάλογα ο όγκος του ήχου.
Υψηλότερες συχνότητες
Οι ζώνες HF, VHF και UHF περιλαμβάνουν ραδιόφωνο FM, τηλεοπτικό ήχο εκπομπής, ραδιόφωνο δημόσιας υπηρεσίας, κινητά τηλέφωνα και GPS (παγκόσμιο σύστημα εντοπισμού θέσης). Αυτές οι ζώνες χρησιμοποιούν συνήθως "διαμόρφωση συχνότητας" (FM) για να κωδικοποιήσουν ή να εντυπωσιάσουν ένα σήμα ήχου ή δεδομένων στο κύμα του φορέα. Κατά τη διαμόρφωση της συχνότητας, το πλάτος (μέγιστη έκταση) του σήματος παραμένει σταθερό ενώ η συχνότητα μεταβάλλεται υψηλότερα ή χαμηλότερα με ρυθμό και μέγεθος που αντιστοιχεί στο σήμα ήχου ή δεδομένων.
Το FM έχει καλύτερη ποιότητα σήματος από το AM, επειδή οι περιβαλλοντικοί παράγοντες δεν επηρεάζουν τη συχνότητα με τον τρόπο που επηρεάζουν το εύρος και ο δέκτης αγνοεί τις διακυμάνσεις στο πλάτος, εφόσον το σήμα παραμένει πάνω από ένα ελάχιστο όριο. Οι ραδιοφωνικές συχνότητες FM πέφτουν μεταξύ 88 megahertz και 108 megahertz, σύμφωνα με το How Stuff Works.
Ραδιόφωνο μικρού μήκους
Το ραδιόφωνο Shortwave χρησιμοποιεί συχνότητες στη ζώνη HF, από περίπου 1,7 megahertz έως 30 megahertz, σύμφωνα με την National Association of Shortwave Broadcasters (NASB). Μέσα σε αυτό το φάσμα, το φάσμα των μικρών κυμάτων διαιρείται σε διάφορα τμήματα, μερικά από τα οποία είναι αφιερωμένα σε τακτικούς ραδιοτηλεοπτικούς σταθμούς, όπως η Voice of America, η British Broadcasting Corp και η φωνή της Ρωσίας. Σε όλο τον κόσμο, υπάρχουν εκατοντάδες σταθμοί μικρού μήκους, σύμφωνα με το NASB. Οι σταθμοί μικρού μήκους μπορούν να ακουστούν για χιλιάδες μίλια επειδή τα σήματα αναπηδούν από την ιονόσφαιρα και ανακάμπτουν εκατοντάδες ή χιλιάδες μίλια από το σημείο προέλευσής τους.
Υψηλότερες συχνότητες
Το SHF και το EHF αντιπροσωπεύουν τις υψηλότερες συχνότητες στη ζώνη ραδιοσυχνοτήτων και μερικές φορές θεωρούνται ότι αποτελούν μέρος της ζώνης μικροκυμάτων. Τα μόρια στον αέρα τείνουν να απορροφούν αυτές τις συχνότητες, γεγονός που περιορίζει την εμβέλεια και τις εφαρμογές τους. Ωστόσο, τα μικρά μήκη κύματος τους επιτρέπουν να κατευθύνονται σήματα σε στενές δέσμες από παραβολικές κεραίες πιάτων (κεραίες δορυφορικών πιάτων). Αυτό επιτρέπει την εμφάνιση επικοινωνιών μικρού εύρους υψηλού εύρους ζώνης μεταξύ σταθερών θέσεων.
Το SHF, το οποίο επηρεάζεται λιγότερο από τον αέρα από το EHF, χρησιμοποιείται για εφαρμογές μικρής εμβέλειας όπως Wi-Fi, Bluetooth και ασύρματο USB (universal serial bus). Το SHF μπορεί να λειτουργεί μόνο σε μονοπάτια ορατότητας, καθώς τα κύματα τείνουν να αναπηδούν από αντικείμενα όπως αυτοκίνητα, σκάφη και αεροσκάφη, σύμφωνα με τη σελίδα RF. Και επειδή τα κύματα αναπηδούν από αντικείμενα, το SHF μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για ραντάρ.
Αστρονομικές πηγές
Ο εξωτερικός χώρος είναι γεμάτος με πηγές ραδιοκυμάτων: πλανήτες, αστέρια, σύννεφα αερίου και σκόνης, γαλαξίες, παλμούς και ακόμη και μαύρες τρύπες. Μελετώντας αυτές, οι αστρονόμοι μπορούν να μάθουν για την κίνηση και τη χημική σύνθεση αυτών των κοσμικών πηγών, καθώς και για τις διαδικασίες που προκαλούν αυτές τις εκπομπές.
Ένα ραδιοτηλεσκόπιο "βλέπει" τον ουρανό πολύ διαφορετικά από ό, τι φαίνεται στο ορατό φως. Αντί να βλέπουμε αστέρια που μοιάζουν με σημεία, ένα ραδιοτηλεσκόπιο συλλαμβάνει μακρινά παλμούς, περιοχές που σχηματίζουν αστέρια και υπολείμματα υπερκαινοφανών. Τα ραδιοτηλεσκόπια μπορούν επίσης να ανιχνεύσουν τα κβάζαρ, τα οποία είναι σύντομα για την πρωτεύουσα ακτινοβολία. Ένα quasar είναι ένας απίστευτα φωτεινός γαλαξιακός πυρήνας που τροφοδοτείται από μια υπερμεγέθη μαύρη τρύπα. Τα Quasars ακτινοβολούν ενέργεια γενικά σε όλο το EM φάσμα, αλλά το όνομα προέρχεται από το γεγονός ότι τα πρώτα κβάζαρ που πρέπει να αναγνωριστούν εκπέμπουν κυρίως ενέργεια ραδιενέργειας. Τα κβάζαρ είναι εξαιρετικά ενεργητικά. ορισμένοι εκπέμπουν 1.000 φορές περισσότερη ενέργεια από ολόκληρο τον Γαλαξία.
Οι ραδιοαστρονοί συχνά συνδυάζουν μερικά μικρότερα τηλεσκόπια ή δέχονται πιάτα σε μια συστοιχία για να καταστήσουν μια ραδιοφωνική εικόνα σαφέστερη ή υψηλότερης ανάλυσης, σύμφωνα με το Πανεπιστήμιο της Βιέννης. Για παράδειγμα, το ραδιοτηλεσκόπιο Very Large Array (VLA) στο Νέο Μεξικό αποτελείται από 27 κεραίες διατεταγμένες σε ένα τεράστιο μοτίβο "Y", το οποίο απέχει 36 χιλιόμετρα.
Αυτό το άρθρο ενημερώθηκε στις 27 Φεβρουαρίου 2019 από τον συντηρητή της Live Science Traci Pedersen.
