Практика радиосвязи, как она есть / Хабр

Все мы ежедневно сталкиваемся с разными видами радиосвязи и беспроводной передачи данных. Да что там сталкиваемся: мы практически пронизаны радиоволнами разной частоты, модуляции и напряженности (за исключением, разве что, случая, если не находимся внутри «клетки Фарадея»). Здесь, на хабре, в силу ИТ-направленности, очень много статей о видах связи и передачи данных, о разнообразных телекомах, о магистралях и «последних милях», да и еще много о чем, что имеет прямое или косвенное отношение к связи, как к проводной, так и к беспроводной.

Так же, наверняка, практически всем хабравчанам в школах, на уроках физики, рассказывали о колебательных контурах, распространении и длине волн, и прочих процессах, лежащих в основах любой технологии радио- и беспроводной связи.

Однако, поискав по хабру, я так и не нашел ни одной статьи, в которой рассказывалось бы о радиосвязи, с бытовой и любительской точки зрения. А ведь если подойти к радиосвязи именно с таким, бытовым взглядом – для одних она может стать удобным, а порой и незаменимым помощником во многих делах, а для других – перерасти в интересное увлечение или хобби. Именно с такими намерениями я хочу сегодня попытаться просто и доступно рассказать о радиосвязи, о том, как она есть в жизни, о том, с чем сам имел место столкнуться и познать.

Совсем немного теории в свободном изложении

Для начала – диапазоны. Рассмотрим диапазоны радиоволн и выберем те, которые нас будут интересовать с практической точки зрения. Википедия приводит ГОСТ, в котором радиоволны делятся на следующие диапазоны, на основании длины волны:

— 3 кГц – 30 кГц – Сверхдлинные волны.

— 30 кГц – 300 кГц – Длинные волны.
— 300 кГц – 3 МГц – Средние волны.
— 3 МГц – 30 МГц – Короткие волны.
— 30 МГц – 300 МГц – Метровые волны.
— 300 МГц – 3 ГГц – Дециметровые волны.
— 3 ГГц – 300 ГГц – Сантиметровые волны.

Определение длины волны можно прочесть в википедии, а я лишь напишу простой и понятный тезис – чем короче длина волны – тем менее она подвержена помехам и затуханиям, проникающая способность увеличивается, огибающая способность уменьшается. То есть если длина волны 11 метров (27 МГц) – то эта волна запросто огибает плотные скопления деревьев в лесу и находит путь для распространения, но при этом для увеличения дальности связи на открытом пространстве – требуется увеличение мощности передатчика. А волна, длиной, например 70 см (433 МГц), практически не будет огибать деревьев, а будет распространяться исключительно за счет просветов между деревьями, своей проникающей способности и возможности переотражения. Однако, за счет своей помехоустойчивости и малого затухания, на открытом пространстве дальность связи будет ограничена лишь зоной прямой видимости, при низкой мощности передатчика.

Стоит, правда, добавить сюда небольшую оговорку: на диапазонах коротких волн наблюдаются эффекты прохождения радиоволн, за счет многократных отражений от атмосферы Земли, и порой получаются ситуации, когда можно абсолютно спокойно установить связь с корреспондентом, находящимся за многие тысячи километров, а товарища, находящегося в паре километров – не услышать вовсе. Но, это явление тесно связано с природными факторами, непостоянно и мало прогнозируемо, поэтому, для бытового использования этот эффект использовать крайне ненадежно.
Скажу сразу: мы немного коснемся коротких волн, и плотно рассмотрим метровые и дециметровые волны. Остальные мы отбросим в силу усложнения аппаратуры, антенного хозяйства, трудностей использования, да и просто неудобства в быту. Кто-то со мной поспорит, что во многих случаях только сантиметровые волны приемлемы для передачи данных, кто-то скажет, что только короткие волны хорошо подходят для связи на большие расстояния, и эти люди будут правы. Но сейчас мы рассматриваем самые простые и доступные виды, с точки зрения простого обывателя.

Плавно переходим к конкретике

В силу рассмотренных выше теоретических знаний подведем промежуточный итог: нам интересны диапазоны дециметровых, метровых и небольшая часть диапазона коротких радиоволн. Кратко, тезисами, о выбранных диапазонах:

– Короткие волны: 3 МГц – 30 МГц. В данном диапазоне работают как профессиональные радиолюбители (начало диапазона, от 3 МГц), использующие дорогую аппаратуру, огромные антенны, имеющие профессиональные навыки и знания, так и серьезные структуры, которым требуется связь на сверхдальних расстояниях, например арктические экспедиции. В конце данного диапазона выделены частоты для бытового и гражданского использования
– CB 27 МГц. Здесь длина волны достигает 11 метров (эффективная антенна имеет физическую длину, равную ¼ длины радиоволны, то есть примерно 2,7 метра). Наверняка, многие из вас видели автомобили такси, на крыше которых красовался длинный хлыстик – это и есть антенна на данный диапазон. В девяностые многие таксомотрные фирмы и люди, занимающиеся частным извозом, облюбовали этот диапазон, ввиду относительной доступности и приемлемой цене оборудования, а так же отсутствию необходимости получать статус радиолюбителя для использования данных частот. Для использования в городе – не самый лучший выбор, мы ведь помним, что этот диапазон крайне подвержен помехам, которых в городе крайне много от массы электрических устройств и линий электропередач.

– Метровые волны: 30 МГц – 300 МГц. Данный диапазон делится на несколько поддиапазонов, в том числе LowBand (30-50 МГц, использовался в советские времена практически повсеместно для коммунальных служб, служб скорой помощи и прочее, в районах используется и по сей день) и так называемый диапазон «2 метра» (136-174 МГц), который так назван за свою длину волны. В диапазоне «2 метра» работают городские и федеральные службы, такие как пожарная охрана, МЧС и другие. Имеются и свободные частоты, которые выдаются на коммерческой основе организациям и предприятиям. В моем городе в этом диапазоне работает одна из фирм-такси, очень довольны качеством связи, по сравнению с CB (27 МГц), который используется остальными таксомоторными парками, как бесплатный. Так же в диапазоне «2 метра» имеется небольшой кусочек, выделенный для радиолюбителей (144-146 МГц). Эти частоты может легально использовать любой человек, получивший радиолюбительскую категорию и позывной сигнал, придерживаясь регламента любительской связи.

Используя направленные антенны с высокой точкой установки даже с небольшой излучаемой мощностью можно устанавливать связи на десятки, а в удачных условиях и на сотни километров. Так же стоит упомянуть авиадиапазон (118-136 МГц), здесь все серьезно, большая ответственность и надежная связь.

– Дециметровые волны: 300 – 3000 МГц. В данном диапазоне работает много разнообразных радиостанций и аппаратуры связи, мы рассмотрим лишь интересную для нас часть диапазона, а именно 400-470 МГц, получивший за счет своей длины волны название «70 сантиметров». За счет оптимальных характеристик для использования в условиях большого индустриального города (хорошая помехозащищенность, дальнее распространение в условиях радиовидимости при небольшой мощности), многие крупные службы в крупных городах переходят или перешли на данный диапазон частот. Здесь уже не обойтись без использования «репитеров» — специальных приемо-передатчиков сигнала, устанавливаемых в самых высоких точках, имеющих качественные и чувствительные антенны, и соответственно способные принимать и передавать сигнал на большие расстояния (не забываем: при наличии прямой радиовидимости для данных частот сигнал распространяется далеко и без затуханий, даже при небольшой мощности).

Но репитеры – это отдельный разговор, я бы не хотел их касаться в сегодняшней статье, потому как это очень интересная тема, и ее стоит описывать отдельно.

Мы подошли к самой интересной части статьи: в диапазоне «70 сантиметров» находятся выделенные полосы частот, как для официальных радиолюбителей, так и для свободного использования всеми желающими (на некоммерческой основе). Для радиолюбителей отведены частоты 430-440 МГц, для бытового использования выделены 433.075 МГц – 434.775 МГц (сетка из 69 каналов с шагом 25 кГц, LPD) и 446.00625 – 446.09375 МГц сетка из 8 каналов с шагом 12.5 кГц, PMR). Именно с комплекта простеньких радиостанций, купленного в одном из магазинов сотовой связи и началось мое более близкое знакомство, поэтому и рассмотрим стандарты LPD и PMR.

Бытовая связь

LPD – расшифровывается как Low Power Device, то есть «устройства с низкой мощностью излучения». Именно так и есть – по стандарту, мощность излучаемая передатчиком радиостанции стандарта LPD не должна превышать 10 мВт, что крайне мало, хотя даже этого достаточно для связи на расстоянии до нескольких километров, в условиях прямой видимости.

По факту же, большинство полу-игрушечных комплектов радиостанций, находящихся в продаже, имеют значительно большую мощность, хоть и сертифицированы, как LPD. Как говорится «строгость наших законов компенсируется необязательностью их исполнения», чем и пользуются поставщики при сертификации: у радиостанций выставляется низкий уровень мощности через меню, товар проходит сертификацию, а потом, точно так же через стандартное меню – возвращается обычная мощность, как правило, это 2-4 Ватта. Этой мощности достаточно для связи на 10-12 километров в хороших условиях, например над озером, или с возвышенности (не забываем о плохой огибаемости препятствий при данной длине волны).

PMR – расшифровывается как Private Mobile Radio, то есть радиосвязь для частного пользования. По стандарту разрешенная мощность излучения здесь уже больше, чем у LPD, а именно 0.5 Ватта. Однако, в отличии от LPD эта мощность как правило и является честной, редкая радиостанция PMR имеет мощность более 1 Ватта, так как этот стандарт разрешен во многих странах Европы, и сертификация там проходит более серьезно. Так же, диапазон частот PMR более узкий, и в нем «помещаются» всего лишь 8 каналов (против 69 каналов у LPD).
Именно с этих стандартов (а точнее – с комплекта простейших радиостанций из магазина сотовой связи) началось мое более плотное знакомство с радиосвязью. Но в скором времени наступило разочарование от довольно низкого качества устройств, это были скорее «игрушки», нежели что-то относительно серьезное. Однако радиосвязь меня заинтересовала, и я заказал из одного, небезизвестного в кругах радиолюбителей магазина, неплохую портативную радиостанцию, уже любительского уровня, в которой имелось сразу два диапазона, а именно «2 метра» (136-174 МГц) и «70 сантиметров» (400-470 МГц). По моей скромной оценке – в настоящее время это самые популярные и доступные широкому кругу пользователей диапазоны. Аппаратура относительно доступная (особенно китайская, цена низкая, качество высокое), имеющая серьезный функционал, и обладающая приятным внешним видом. Так же не могу не заметить, что на указанных диапазонах антенна действительно может быть портативной (в отличии, например от CB, вспоминаем длину волны).

За полгода пользования радиостанцией мне успело надоесть общаться только на «гражданских частотах» (LPD и PMR, все каналы этих двух сеток легко настраиваются в диапазоне «70 сантиметров»), было принято решение о получении радиолюбительского категории, позывного сигнала, регистрации радиостанции. Сейчас я официальный радиолюбитель, это стало моим хобби. Технологии не стоят на месте, и с помощью карманной портативной радиостанции могу проводить связи дальностью в несколько тысяч километров (через искусственные спутники Земли), общаться с экипажем МКС, другими радиолюбителями (на выделенных для этого частотах).
Ну и конечно же – это удобно и легко! Моя семья оснащена простыми, небольшими (менее мобильного телефона), недорогими китайскими радиостанциями, которые прошиты на свободные каналы LPD диапазона, и в зависимости от того, едем ли мы в лес за грибами, или в магазин за покупками – мы всегда на связи.
В планах – создание единого общегородского информационного канала связи для автовладельцев, туристов, и просто жителей города, который будет доступен даже людям с недорогими комплектами радиостанций из салонов сотовой связи. Но это отдельный разговор, там целая концепция.

Благодарю за внимание!

P.S. Статья изложена в свободной форме и с использованием упрощений в некоторых понятиях и деталях. На энциклопедическую точность не претендует.

«Почему радиоволны быстро затухают, а электромагнитные волны светового диапазона нет?» — Яндекс Кью

Популярное

Физика

Сообщества

ФизикаЭлектромагнитные волныРадиоволны

Александр

Физика

10 октября 2021  ·

21,9 K

Ответить2Уточнить

Victor Krutiansk

Физика

79

Физик (к.ф.-м.н), научный сотрудник  · 28 окт 2021

Пробежав по коментариям видно, что вас интересует затухание в вакууме. В принципе, вам уже всё ответили, но не ясно, поняли ли вы где правильные ответы.

Электромагнитные волны в ваккуме имеют одинаковые свойства не зависимо от частоты как в классической теории, так и в квантовой (ок, для знатаков, в разумных пределах, пока энергия кванта мала по сравнению с массой электрона). В общем случаее, можно считать что волны любого диапазона затухают пропорционально квадрату расстояния.

Единственный случай, когда затухание будет зависеть от длины волны — это если вы создадите направленный пучок: такой пучок расходится пропорционально отношению длины волны к размеру источника, соответственно, скажем, оптический пучок от прожетора размером 1м будет расходитсься в тысячу раз медленнее, чем радиоволны миллиметрового диапазона.

В остальном, для распросрастранния в вакууме не важно, будуте вы считать ЭМ поле волнами или частицами, для любой длины волны поток частиц (интенсивность волны) будет ослабевать как квадрат расстояния. Никакого «закрывания энергии» в кванте нет, при квантовом рассмотрении будет квадратично убывать вероятность обнаружить квант на конкретном приемнике. Пока вы детектируете один квант ваш результат будет либо что он долетел либо что нет. Но как только вы помериете подольше окажется что в среднем вы детектируете меньше квантов и средняя детектируемая мощность будет падать как квадрат расстояния хоть для 50 Гц, хоть для гамма-излучения. Причина же по который квантов на частоте 50 Гц вам мерить на самом деле не удастся совсем в другом: дело в шумах, напримерприсутствующем по-всюду тепловом излучении. Энергия (или амплитуда поля) в кванте с частотой 50 Гц мала по сравнению с энергие (амплитудой) теплого поля на этой частоте даже при очень низких температурах. Но с ростом частоты энергия квантов растёт и в какой-то момент (зависит от того, что именно изучается) становится заметной.

Александр

28 октября 2021

Мой вопрос не о потоке(пучке) излучения, не о рассеивании излучения в пространстве, а о свойствах к затуханию… Читать дальше

Комментировать ответ…Комментировать…

Ты заходи, если что.

32

Читал много научной фантастики, знаю обо всем понемногу.  · 18 окт 2021

Корпускулярно — волновой дуализм во всей красе. Чем меньше длина волны электромагнитного излучения, тем больше энергия и импульс фотонов и тем труднее обнаружить волновые свойства этого излучения. Ну даже в простой аналогии энергия фотонов в радиоволнах — гораздо ниже чем видимого света. Потому и затухание быстрее. Однако сама формулировка не особо верна. Есть радиотеле… Читать далее

Александр

18 октября 2021

Соглашусь. Но, сигнал с частотой ниже радиочастот, например от трансформатора переменного тока точно далеко не… Читать дальше

Комментировать ответ…Комментировать…

migland

1

Инженер проектировщик электроснабжения и слаботочки  · 19 нояб 2021

Все зависит от приемника насколько он остро отстроен на то или иное излучение длину волны. Если отстроить антенну и частоту можно с луны услышать частоту любого трансформатора на земле. Также если отстроить оптическую систему любой участок луны можно наблюдать в видимой части диапазона длин волн. Также со звездами.

Rouslan Glotov

23 ноября 2021

Дело в том, что у электромагнитного излучения имеется три поля ближнего действия, среднего действия и дальнего… Читать дальше

Комментировать ответ…Комментировать…

Лучший

Игорь Письменный

-1

учитель физики  · 22 окт 2021

Затухание электромагнитных волн прямо пропорционально четвертой (!) степени длины волны. Самые короткие радиоволны — длина прядка 0,01 м, а видимый свет — 0,0000001 м. Отношение 100000 раз. Отношение затухания 1000000000000000000000 раз.

Жаль, что это ушло со школьной программы: старый учебник Физика-11 Мякишев, Буховцев.

Спасибо за вопрос.

3 эксперта не согласны

Алексей Ломазин

возражает

25 октября 2021

«Затухание» ЭМ излучения малого источника в свободном пространстве/вакууме происходит за счет распределения… Читать дальше

Комментировать ответ…Комментировать…

Достоверно

Виктор Пряничников

90

оптика, физика, космос, астрономия  · 11 окт 2021

Смотря в какой среде, может быть и наоборот. Все зависит от поглощения, т.е. от взаимодействия излучения со средой. В космосе затухание и радиоволн, и света мало, поэтому мы видим очень удаленные обьекты.

2 эксперта согласны

Виктор Васнецов

11 октября 2021

Рекомендую автору вопроса уяснить, что диапазон электромагнитного излучения непрерывен и деление его на. .. Читать дальше

Комментировать ответ…Комментировать…

Dims

2,2 K

demystifier  · 11 окт 2021

Это неверно. Как радиоволны, так и свет, затухают обратно пропорционально квадрату расстояния до источника. Возможно, Ваше мнение вызвано тем, что свет мы наблюдаем непосредственно, а радиволны нет. Но подумайте о радиоприёмниках — с их помощью можно слышать передачу за сотни и тысячи километров от истоничка. То есть, волны пролетают такое расстояние и вполне… Читать далее

1 эксперт согласен

Виктор Пряничников

11 октября 2021

Хотелось бы заметить, что для неточечного источника так будет затухать на достаточно больших расстояниях по… Читать дальше

Комментировать ответ…Комментировать…

Кумашский Игорь

92

Физика т/т, производственник, к Нижнему с любовью.   · 12 февр

Да, э/м волна в ближней зоне антенны затухает быстрее (обратно пропорционально кубу расстояния), чем ТЕМ-волна в дальней зоне. Автора вопроса интересуют малые частоты, рассмотрим 1Гц — длина волны 300000км. Начиная с 1млн километров (несколько длин волн) начинается дальняя зона и зависимость обычная, обратно пропорционально квадрату расстояния. Для частоты в 1Гц… Читать далее

Виктор Пряничников

15 февраля

Ответ невнятный. «Почему?» — «да».

Комментировать ответ…Комментировать…

Виктор Мальцев

60

Инженер-электроник, пенсионер. Интересы: физика, ядерная энергетика, химия, история…  · 18 окт 2021

Утверждение неверное. Что радиоволны, что свет — это ЭМ-излучение, только разной частоты, а соответственно, с разной длиной волны. Понятно, что при прохождении через какую-то среду это излучение будет с ней взаимодействовать, то есть, поглощаться, отдавая свою энергию частицам той среды. Однако у ЭМ-излучения видимого диапазона, то есть, света, эта способность даже… Читать далее

1 эксперт согласен

Игорь Письменный

22 октября 2021

Коллега! Вы путаете понятия «поток излучения» и «плотность потока излучения». Ссылка учебник Физика-11 кл…. Читать дальше

Комментировать ответ…Комментировать…

Вы знаете ответ на этот вопрос?

Поделитесь своим опытом и знаниями

Войти и ответить на вопрос

О сообществе

Физика

Сообщество экспертов-физиков — общаемся, обсуждаем новости и отвечаем на самые интересные вопросы современной науки. Присоединяйтесь!

Электромагнитный спектр | ЕКА/Хаббл | ЕКА/Хаббл

Электромагнитный спектр представляет собой диапазон длин волн электромагнитного излучения. Спектр электромагнитных волн от длинных до коротких волн включает радиоволны, микроволны, инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолет, рентгеновские лучи и гамма-лучи.

Энергия распространяется в пространстве в виде электромагнитных (ЭМ) волн, которые состоят из колеблющихся электрических и магнитных полей. ЭМ-волнам не требуется вещество (например, воздух или вода) для распространения, а это означает, что, в отличие от звука, они могут проходить через пустое пространство. В вакууме все электромагнитные волны распространяются с одинаковой скоростью: скоростью света (которая сама по себе является электромагнитной волной). Как и все волны, электромагнитная волна характеризуется своей длиной волны, и наблюдаемый нами диапазон длин волн, от очень длинных до очень коротких, называется электромагнитным спектром. Мы примерно разделяем электромагнитный спектр в соответствии с тем, как волны ведут себя при взаимодействии с материей, и у каждого деления есть название. Итак, у нас есть: радиоволны, имеющие самую большую длину волны; микроволны; инфракрасный; видимый свет; ультрафиолет; рентген; и, наконец, гамма-лучи, имеющие самую короткую длину волны. Небесные объекты, такие как звезды, планеты и галактики, излучают электромагнитные волны на разных длинах волн, поэтому разные телескопы спроектированы так, чтобы быть чувствительными к разным частям электромагнитного спектра. ЭМ-излучение в видимой части спектра и вокруг нее часто называют в широком смысле «светом», при этом более короткие длины волн называются «более голубыми», а более длинные волны называются «более красными».

Комбинируя наблюдения на разных длинах волн, мы можем получить более полное представление о структуре, составе и поведении объекта, чем могут дать только видимые длины волн.

Более трех десятилетий Хаббл изучает Вселенную, используя свое 2,4-метровое главное зеркало и пять научных инструментов. Они наблюдают в основном в ультрафиолетовой и видимой частях спектра, но также обладают некоторыми возможностями в ближней инфракрасной области. Хаббл ведет наблюдения в разных диапазонах длин волн, по одному диапазону за раз, каждый из которых дает различную информацию об изучаемом объекте. Каждая из этих длин волн воспроизводится в другом цвете, и они объединяются, чтобы сформировать составное изображение, которое хорошо напоминает истинное излучение этого небесного объекта.

Изучая это изображение, вы можете увидеть, как астрономы использовали набор одноцветных изображений для создания цветного изображения кольца звездных скоплений, окружающих ядро ​​галактики NGC 1512. Каждое изображение представляет определенный диапазон цвета или длины волны спектра, от ультрафиолетового до ближнего инфракрасного, и показывает широкий диапазон длин волн, покрываемый Хабблом. Астрономы решили изучить NGC 1512 в этих цветах, чтобы подчеркнуть важные детали в кольце молодых звездных скоплений, окружающих ядро.

Астрономы используют многоволновые изображения для изучения деталей, которые в противном случае могли бы не присутствовать на видимых изображениях. Например, новое многоволновое наблюдение Юпитера, опубликованное в 2020 году Хабблом в ультрафиолетовом/видимом/ближнем инфракрасном свете Юпитера, дало исследователям совершенно новый взгляд на планету-гигант. Эти наблюдения дали представление о высоте и распределении дымки и частиц планеты, а также показали постоянно меняющиеся модели облаков Юпитера. Полярные сияния планеты видны только в ультрафиолете; однако структура красного пятна хорошо изучена в видимом диапазоне длин волн.

Чтобы отпраздновать 25-летие телескопа в 2015 году, Хаббл представил два новых красивых портрета популярных «Столпов творения», показывающих, как различные детали можно изучать в видимом и ближнем инфракрасном диапазонах. В то время как видимый свет улавливает разноцветное свечение газовых облаков, инфракрасное изображение проникает сквозь большую часть затемняющей пыли и газа, открывая бесчисленное количество новорожденных звезд.

Мы приглашаем вас посмотреть эту передачу Хаббла, в которой рассказывается, как наблюдения Хаббла различаются на разных длинах волн электромагнитного спектра и как эти наблюдения будут дополнены наблюдениями космического телескопа Джеймса Уэбба.

Радиоволн в Гамма-лучи | Астрономия 801: Планеты, звезды, галактики и Вселенная

Печать

Когда я использую термин свет , вы привыкли думать о свете, излучаемом лампочкой, который вы можете ощущать своими глазами, что мы теперь знаем состоит из многих длин волн (цветов) света от красного до синего. Когда астрономы ссылаются на эти конкретные цвета света, они называют их «оптической» или «видимой» частью электромагнитного спектра. Как я кратко упоминал ранее, радиоволны — это также и световые волны. Инфракрасное излучение представляет собой разновидность световой волны (обычно сокращенно ИК). То же самое относится к ультрафиолетовым волнам (УФ), рентгеновским и гамма-излучениям. Это все разные виды света. Разница между этими другими типами света и видимым светом снова заключается в длине волны света.

Весь электромагнитный спектр представлен от самых длинных длин волн света (радиоволн) до самых коротких длин волн света (гамма-лучей) на следующем веб-сайте НАСА:

• Электромагнитный спектр

Этот сайт написан на уровне, подходящем для младших читателей, но они очень хорошо обобщают различные области электромагнитного спектра. Если вы хотите прочитать о каждом регионе более подробно, на каждой странице есть отличная сводка:

• Радиоволны
• Микроволновые печи
• Инфракрасный
• Оптический фонарь
• Ультрафиолет
• Рентген
• Гамма-лучи

Обратите внимание, что диапазон, соответствующий видимому свету, который мы видим нашими глазами (оптический диапазон), составляет очень небольшую часть всего спектра! Дэвид Хелфанд, астроном из Колумбийского университета, проводит аналогию между светом разной длины волны и звуком разной октавы. Если вы хотите исследовать эту аналогию, чтобы понять, насколько ограничен наш взгляд на Вселенную, когда мы рассматриваем только оптический свет, посетите веб-сайт Дэвида «Видеть всю симфонию».

Следует подчеркнуть два основных момента, касающихся различных типов электромагнитного излучения (радио, инфракрасное, видимое, ультрафиолетовое, рентгеновское, гамма-излучение):

1. Последовательность от самой длинной волны (радиоволны) к самой короткой Длина волны (гамма-лучи) также представляет собой последовательность энергии от самой низкой энергии до самой высокой энергии. Помните, что волны переносят энергию с места на место. Энергия, переносимая радиоволнами, мала, а энергия, переносимая гамма-лучами, высока.
2. Различные материалы могут блокировать различные типы света. В частности, земная атмосфера позволяет свету только определенных длин волн проникать на поверхность.

Большая часть астрономической науки связана с изучением того, как свет генерируется и излучается источником, что происходит с фотонами света от источника, когда они движутся от источника к наблюдателю, и как наблюдатель обнаруживает эти фотоны. фотоны. Давайте рассмотрим второй из этих трех пунктов — какие типы материалов могут блокировать попадание к нам фотонов света? Если вы рассматриваете только оптический свет, то вы, вероятно, скажете, что свет может проникать через стекло, воздух и воду, но свет легко блокируется твердыми телами, такими как пластмассы и металлы, или, возможно, облаками в небе.

Смотри!

Чтобы получить некоторое представление о том, какие материалы блокируют свет, я настоятельно рекомендую посмотреть видеоролик «Инфракрасное излучение — больше, чем видят ваши глаза» (стенограмма). Это видео посвящено прежде всего инфракрасному излучению (ИК), потому что оно было снято учеными, которые работают с космическим телескопом Спитцер, Большой обсерваторией НАСА, которая улавливает инфракрасный свет.

Если вы заметили в этом видео, инфракрасный свет ведет себя совсем иначе, чем видимый свет. В то время как видимый свет блокируется дымом, ИК-камера может проникать сквозь дым, чтобы увидеть пожарного в задымленном помещении. Используя камеры видимого света, вы можете легко снять человека, плавающего в бассейне с водой, однако вода блокирует инфракрасный свет, поэтому вы не сможете увидеть пловца под водой с помощью ИК-камеры. То же самое относится и к стеклу: хотя видимый свет легко проникает через стеклянную пластину, если вы поместите человека за стеклянным окном, он будет невидим для ИК-камеры. Моя любимая демонстрация — черный полиэтиленовый пакет. Очевидно, что мы не можем видеть руку человека, если он положил ее в черный полиэтиленовый пакет, но ИК-камера может!

Как упоминалось выше, атмосфера Земли (которую мы обычно считаем прозрачной) на самом деле прозрачна только для определенных длин волн света. Это показано на рисунке ниже:

Рисунок 3.4: Атмосфера Земли прозрачна только для определенных длин волн света, что можно сравнить с открытыми, закрытыми или частично закрытыми окнами.

Предоставлено: Penn State Astronomy & Astrophysics

Весь видимый свет проникает в атмосферу, большая часть радиоизлучения проникает в атмосферу, а часть инфракрасного света проходит сквозь атмосферу. Мы называем диапазоны длин волн в спектре, которые могут проходить через атмосферу, «окном». Например, есть ИК-окно для света с длинами волн от 3,0 до 4,0 микрон (1 микрон = 1 миллионная метра).

Наша атмосфера, напротив, блокирует большую часть ультрафиолетового света (УФ), а также всех рентгеновских и гамма-лучей, которые не достигают поверхности Земли. Из-за этого астрономы могут изучать такие виды света только с помощью детекторов, установленных на метеозондах, ракетах или спутниках на околоземной орбите. Если вы изучите график прозрачности земной атмосферы (с помощью Европейской южной обсерватории), вы увидите, что можно представить эту идею окон более строго.