Ραδιοπαράθυρο

Γράφημα της αδιαφάνειας της ατμόσφαιρας της Γης· το ραδιοπαράθυρο εκτείνεται σε εύρος υψηλότερων τιμών μήκους κύματος

Το ραδιοπαράθυρο ή παράθυρο ραδιοσυχνοτήτων είναι ένα εύρος συχνοτήτων ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που διαπερνούν την ατμόσφαιρα της Γης. Τυπικά, το κατώτερο όριο του εύρους του ραδιοπαραθύρου εγγίζει τα 10 MHz (μήκος κύματος λ ≈ 30 m), ενώ το καλύτερο ανώτατο όριο, επιτεύξιμο από βέλτιστες θέσεις επίγειας παρατήρησης ισούται με περίπου 1 THz (λ ≈ 0,3 mm).[1][2]

Κατέχει σημαντικό ρόλο στην αστρονομία· μέχρι τη δεκαετία του 1940, οι αστρονόμοι είχαν στη διάθεσή τους μόνο το ορατό και το κοντινό υπέρυθρο φάσμα για τη λήψη παρατηρησιακών δεδομένων. Με την ανάπτυξη των ραδιοτηλεσκοπίων, το ραδιοπαράθυρο κατέστη σταδιακά χρησιμότερο, με αποτέλεσμα την ανάπτυξη του κλάδου της ραδιοαστρονομίας, η οποία παρείχε στους αστροφυσικούς πολύτιμες μετρήσεις και παρατηρήσεις.[3]

Παράγοντες που επηρεάζουν τo εύρος του ραδιοπαραθύρου

Το κατώτερο και το ανώτερο όριο του εύρους συχνοτήτων του ραδιοπαραθύρου δεν είναι σταθερά, καθώς εξαρτώνται από διάφορους μεταβλητούς παράγοντες.

Απορρόφηση ακτινοβολίας μεσαίου υπερύθρου (mid-IR)

Το ανώτερο όριο του ραδιοπαραθύρου επηρεάζεται από τις δονητικές μεταπτώσεις μορίων της ατμόσφαιρας όπως το οξυγόνο (O2), το διοξείδιο του άνθρακα (CO2) και το νερό (H2O), των οποίων οι ενέργειες είναι συγκρίσιμες με τις ενέργειες των φωτονίων μεσαίου υπέρυθρου· αυτά τα μόρια απορροφούν σε μεγάλο βαθμό τη μεσαία υπέρυθρη ακτινοβολία που κατευθύνεται προς τη Γη.[4][5]

Ιονόσφαιρα

Το κατώτερο όριο συχνότητας του ραδιοπαραθύρου επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό από την ιονοσφαιρική διάθλαση των ραδιοκυμάτων των οποίων οι συχνότητες μικρότερες από 30 MHz (λ > 10 m).[6] Ραδιοκύματα με συχνότητες μικρότερες του ορίου των 10 MHz (λ > 30 m) ανακλώνται πίσω στο διάστημα από την ιονόσφαιρα.[7] Το κατώτερο όριο είναι ανάλογο της πυκνότητας των ελεύθερων ηλεκτρονίων της ιονόσφαιρας και συμπίπτει με τη συχνότητα πλάσματος:


όπου είναι η συχνότητα πλάσματος σε Hz και η πυκνότητα ηλεκτρονίων () σε ηλεκτρόνια ανά κυβικό μέτρο. Δεδομένου ότι εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το φως του Ηλίου, η τιμή του μεταβάλλεται σημαντικά από τη μέρα στη νύχτα· συνήθως είναι μικρότερη κατά τη διάρκεια της ημέρας, με αποτέλεσμα τη μείωση του κατώτερου ορίου του ραδιοπαραθύρου και υψηλότερη κατά τη διάρκεια της νύχτας, με αποτέλεσμα την αύξηση του ορίου χαμηλότερης συχνότητας του ραδιοπαραθύρου. Ωστόσο, αυτό εξαρτάται επίσης από την ηλιακή δραστηριότητα και τη γεωγραφική θέση.[8]

Τροπόσφαιρα

Η Μεγάλη Χιλιοστομετρική Διάταξη της Ατακάμα, ένα ραδιοσυμβολόμετρο 66 ραδιοτηλεσκοπίων, ευρισκόμενο στο οροπέδιο Τσαχναντόρ στη Χιλή, σε υψόμετρο 5.000 m

Κατά τη διεξαγωγή παρατηρήσεων, οι ραδιοαστρονόμοι επιχειρούν να επεκτείνουν το ανώτερο όριο του ραδιοπαραθύρου προς το βέλτιστο 1 THz, καθώς τα αστρονομικά αντικείμενα δίνουν φασματικές γραμμές μεγαλύτερης έντασης στο υψηλότερο εύρος συχνοτήτων.[9] Οι υδρατμοί της τροπόσφαιρας επηρεάζουν εντόνως το ανώτερο όριο καθώς οι ζώνες συχνοτήτων απορρόφησης συντονισμού είναι οι 22,3 GHz (λ ≈ 1,32 cm), 183,3 GHz (λ ≈ 1,64 mm) και 323,8 GHz (λ ≈ 0,93 mm). Επίσης, οι ζώνες του τροποσφαιρικού οξυγόνου στα 60 GHz (λ ≈ 5,00 mm) και 118,74 GHz (λ ≈ 2,52 mm) επηρεάζουν το ανώτερο όριο του ραδιοπαραθύρου. [10] Για την αντιμετώπιση του ζητήματος των υδρατμών, τα ραδιοαστρονομικά παρατηρητήρια κατασκευάζονται σε μεγάλα υψόμετρα όπου το κλίμα είναι πιο ξηρό.[11] Ωστόσο, η παρεμβολή του οξυγόνου στη διάδοση των ραδιοκυμάτων δεν μπορεί να αποφευχθεί πλήρως.[12]

Παρεμβολές ραδιοσυχνοτήτων

Το πλάτος του ραδιοπαραθύρου επηρεάζεται επίσης από παρεμβολές ραδιοσυχνοτήτων που εμποδίζουν τις παρατηρήσεις σε ορισμένες περιοχές μηκών κύματος και υπονομεύουν την ποιότητα των παρατηρησιακών δεδομένων της ραδιοαστρονομίας.[13]

Δείτε επίσης

Παραπομπές

  1. ↑ Condon, James J.· Ransom, Scott M. (2016). Essential Radio Astronomy (στα Αγγλικά). Princeton University Press. σελ. 1. ISBN 978-0-691-13779-7. 
  2. ↑ «1 Introduction‣ Essential Radio Astronomy». www.cv.nrao.edu (στα Αγγλικά). Ανακτήθηκε στις 27 Δεκεμβρίου 2021. 
  3. ↑ Wilson, Thomas· Rohlfs, Kristen (2016). Tools of Radio Astronomy (στα Αγγλικά). Berlin: Springer-Verlag GmbH. σελίδες 1–2. ISBN 978-3-662-51732-1. 
  4. ↑ Liou, Kuo-Nan· Yang, Ping (2016). Light scattering by ice crystals: fundamentals and applications (στα Αγγλικά). Cambridge University Press. σελ. 251. ISBN 978-1-139-03005-2. 
  5. ↑ Ritchie, Grant (2017). Atmospheric chemistry: from the surface to the stratosphere (στα Αγγλικά). World Scientific. σελ. 68. ISBN 978-1-78634-175-4. 
  6. ↑ Anderson, John B.· Johannesson, Rolf (2005). Understanding information transmission (στα Αγγλικά). Piscataway, NJ; Hoboken, NJ: IEEE Press, Wiley-Interscience. σελ. 110. ISBN 978-0-471-67910-3. 
  7. ↑ Torge, Wolfgang· Müller, Jürgen (2012). Geodesy (στα English). Berlin: De Gruyter. σελ. 121. ISBN 978-3-11-020718-7. CS1 maint: Μη αναγνωρίσιμη γλώσσα (link)
  8. ↑ Warnick, Karl F.· Maaskant, Rob (2018). Phased arrays for radio astronomy, remote sensing and satellite communications (στα Αγγλικά). Cambridge University Press. σελ. 5. ISBN 978-1-108-42392-2. 
  9. ↑ Wilson, Thomas· Rohlfs, Kristen (2016). Tools of Radio Astronomy (στα Αγγλικά). Springer-Verlag GmbH. σελ. 4. ISBN 978-3-662-51732-1. 
  10. ↑ Otung, Ifiok (2021). Communication engineering principles (στα Αγγλικά). Wiley. σελ. 390. ISBN 978-1-119-27402-5. 
  11. ↑ Karttunen, Hannu (2007). Fundamental astronomy (στα Αγγλικά). Berlin: Springer-verlag. σελ. 72. ISBN 978-3-540-34143-7. 
  12. ↑ Conference Proceedings (στα Αγγλικά). IEEE. 1990. σελ. 241. ISBN 978-0-87942-557-9. 
  13. ↑ McNally, Derek (1994). McNally, Derek, επιμ. The vanishing universe: adverse environmental impacts on astronomy: proceedings of the conference sponsored by Unesco (στα Αγγλικά). Cambridge; New York: Cambridge University Press. σελ. 93. ISBN 978-0-521-45020-1.