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電波窓は、地球の大気圏を透過する電波スペクトルの領域である。通常、電波窓の範囲の下限は約10MHz（λ≈30m）の値を持ち、最適な地上観測地点から達成可能な最良の上限は約1THz（λ≈0.3mm）に等しい。[1] [2]
電波窓は天文学において重要な役割を果たしている。1940年代まで、天文学者は測定や観測に可視光線と近赤外線のスペクトルしか使用できなかった。電波望遠鏡の発達により、電波窓はますます利用しやすくなり、天体物理学者に貴重な観測データを提供する電波天文学の発展につながった。[3]
下限と上限に影響を与える要因
無線ウィンドウの周波数範囲の下限と上限は固定されておらず、さまざまな要因によって異なります。
中赤外線の吸収
上限は、酸素（O 2）、二酸化炭素（CO 2）、水（H 2 O）などの大気分子の振動遷移の影響を受けます。これらの分子のエネルギーは、中赤外線 光子のエネルギーに匹敵します。これらの分子は、地球に向かう中赤外線の大部分を吸収します。[4] [5]
電離層
電波窓の下限周波数は、周波数がおよそ 30 MHz (λ > 10 m) 未満の電波の電離層屈折に大きく影響されます。 [6] 10 MHz (λ > 30 m) 未満の周波数の電波は、電離層によって宇宙空間に反射されます。[7]下限は電離層の自由電子の密度に比例し、プラズマ周波数と一致します。 ここで、はプラズマ周波数 (Hz) で、電子密度 (1 立方メートルあたりの電子数) です。これは太陽光に大きく依存するため、の値は昼間と夜間で大きく変化し、通常は昼間は低く、電波窓の下限が減少し、夜間は高くなるため、電波窓の下限周波数が増加します。ただし、これは太陽活動と地理的な位置によっても異なります。 [8]
対流圏
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観測を行う際、電波天文学者は電波窓の上限を1 THzの最適値に向けて拡張しようとします。これは、天体が高周波数範囲でより強度の高いスペクトル線を与えるためです。 [9] 対流圏水蒸気は、その共鳴吸収周波数帯が22.3 GHz (λ ≈ 1.32 cm)、183.3 GHz (λ ≈ 1.64 mm)、および323.8 GHz (λ ≈ 0.93 mm) であるため、上限に大きく影響します。対流圏酸素の60 GHz (λ ≈ 5.00 mm) および118.74 GHz (λ ≈ 2.52 mm) の帯域も上限に影響します。[10]水蒸気の問題に対処するために、多くの観測所は気候がより乾燥している高高度に建設されています。[11]しかし、酸素が電波の伝播に干渉することを避けるためにできることはほとんどありません。[12]
無線周波数干渉
電波窓の幅は電波干渉の影響を受け、特定の波長域での観測を妨げ、電波天文学の観測データの品質を低下させる。[13]
参照
参考文献
- ^ コンドン、ジェームズ J.; ランサム、スコット M. (2016)。エッセンシャル電波天文学。プリンストン大学出版局。p. 1。ISBN 978-0-691-13779-7。
- ^ 「1 はじめに‣ 基本的な電波天文学」www.cv.nrao.edu . 2021年12月27日閲覧。
- ^ ウィルソン、トーマス;ロルフス、クリステン。ヒュッテマイスター、スザンヌ (2016)。電波天文学のツール。ベルリン: Springer-Verlag GmbH。 1 ～ 2 ページ。ISBN 978-3-662-51732-1. OCLC 954868912.
- ^ Liou, Kuo-Nan; Yang, Ping; Takano, Yoshihide ( 2016). 氷結晶による光散乱：基礎と応用。ケンブリッジ大学出版局。p. 251。doi :10.1017/ CBO9781139030052。ISBN 978-1-139-03005-2. OCLC 958454932.
- ^ リッチー、グラント（2017）。大気化学：地表から成層圏まで。ワールドサイエンティフィック。p.68。ISBN 978-1-78634-175-4. OCLC 957339640.
- ^ アンダーソン、ジョン B.、ヨハネソン、ロルフ (2005)。情報伝達を理解する。ピスカタウェイ、ニュージャージー州、ホーボーケン、ニュージャージー州: IEEE プレス、ワイリー・インターサイエンス。p. 110。ISBN 978-0-471-67910-3. OCLC 56103934.
- ^ ヴォルフガング、トルゲ;ミュラー、ユルゲン (2012)。測地学。ベルリン：デ・グルイテル。 p. 121.ISBN 978-3-11-020718-7. OCLC 987088700.
- ^ ワーニック、カール F.;ロブ・マスカント。イヴァシナ、マリアンナ V. (2018)。電波天文学、リモートセンシング、衛星通信用のフェーズドアレイ。ケンブリッジ大学出版局。 p. 5.ISBN 978-1-108-42392-2. OCLC 1032582026.
- ^ ウィルソン、トーマス;ロルフス、クリステン。ヒュッテマイスター、スザンヌ (2016)。電波天文学のツール。Springer-Verlag GmbH。 p. 4.ISBN 978-3-662-51732-1. OCLC 954868912.
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- ^ マクナリー、デレク (1994)。マクナリー、デレク、ユネスコ (編)。消えゆく宇宙：天文学への環境的悪影響：ユネスコ主催会議議事録。ケンブリッジ、ニューヨーク：ケンブリッジ大学出版局。p. 93。ISBN 978-0-521-45020-1. OCLC 29359179.