Микроволны
Этот образ, представленный 21 марта 2013 года, показывает космический микроволновый фон (CMB), наблюдаемый Космической обсерваторией Европейского космического агентства. CMB - это снимок самого старого света в нашей Вселенной, отпечатанный на небе, когда Вселенной было всего 380 000 лет. Он показывает крошечные колебания температуры, которые соответствуют регионам с немного отличающимися плотностями, представляющими собой семена всей будущей структуры: звезд и галактик сегодняшнего дня.

Микроволны — что это?

Микроволны — это тип электромагнитного излучения. Равно как и радиоволны, ультрафиолетовое излучение, рентгеновское излучение и гамма-лучи. Микроволны имеют целый ряд использования, включая коммуникации, радар и пожалуй наиболее известный большинству людей, кулинарию.

Электромагнитное излучение передается волнами или частицами на разных длинах волн и частотах. Этот широкий диапазон длин волн известен как электромагнитный спектр ЭМ-спектра). Спектр обычно делится на семь областей в порядке уменьшения длины волны и увеличения энергии и частоты. Общими обозначениями являются радиоволны, микроволны, инфракрасные (ИК), видимые, ультрафиолетовые (УФ), рентгеновские и гамма-лучи. Микроволны попадают в диапазон электромагнитного спектра между радио и инфракрасным излучением.

Микроволны

Согласно данным Encyclopedia Britannica, микроволны имеют частоты около 1 млрд. Циклов в секунду или 1 гигагерц (ГГц), до 300 гигагерц и длины волн около 30 см (12 дюймов) до 1 мм (0,04 дюйма). Эта область далее разделена на несколько полос с обозначениями, такими как L, S, C, X и K, согласно книге Имбиря Батчера «Прогулка по электромагнитному спектру».

Связь и радиолокация

Согласно сообщениям Федеральной комиссии по связи (FCC), микроволны используются в основном для систем связи «точка-точка» для передачи всех видов информации, в том числе голоса, данных и видео в аналоговых и цифровых форматах. Они также используются для диспетчерского контроля и сбора данных (SCADA) для удаленных машин, переключателей, клапанов и сигналов.

Другим важным применением микроволн является радар. Слово «радар» первоначально было аббревиатурой для RAdio Detection And Ranging. До Второй мировой войны британские радиоинженеры обнаружили, что коротковолновые радиоволны могут отскакивать от удаленных объектов, таких как корабли и самолеты, а сигнал возврата может быть обнаружен с помощью высокочувствительных направленных антенн, чтобы можно было определить присутствие и расположение этих объектов. Использование термина «радар» стало настолько распространенным, что теперь оно само слово и может относиться к системам, использующим микроволны или радиоволны.

Радар нашел много других применений, некоторые из которых используют эффект Доплера. Пример эффекта Доплера может быть продемонстрирован приближающейся машиной скорой помощи: по мере приближения звук сирены, кажется, поднимается в поле. Затем, когда она уходит вдаль, сирена, кажется, опускается в поле.


Микроволновые источники тепла

Одним из наиболее распространенных применений микроволн является быстрое нагревание пищи. Микроволновые печи возможны, потому что микроволны могут использоваться для передачи тепловой энергии. Открытие этого явления было чисто случайным. В своей книге «Все они смеялись …: от лампочек до лазеров: увлекательные истории за великими изобретениями, которые изменили нашу жизнь» (HarperCollins, 1992), автор Ира Плутофф рассказывает историю изобретения микроволновой печи: «Вскоре после Второй мировой войны Перси Л. Спенсер, герой электроники и герой войны, гастролировал в одной из своих лабораторий в компании Raytheon. Спенсер остановился перед магнетроном, силовой трубкой, которая управляет радаром. Внезапно он заметил, что конфеты в кармане начали таять. Дальнейшие исследования заставили его сделать первую партию микроволнового попкорна, а также первое взрывающееся яйцо.

Первые микроволновые печи были довольно большими и дорогими, но с тех пор они стали настолько доступными, что они распространены в домах по всему миру. Микроволновые системы отопления также используются в ряде промышленных применений, включая обработку продуктов питания, химикатов и материалов как в периодических, так и в непрерывных операциях.

Микроволны
Этот панорамный вид на плато Чайнантор в Чили показывает антенны большого миллиметрового / субмиллиметрового массива Атакама (ALMA) против захватывающего звездного ночного неба.

Природные источники микроволн

Радиоастрономы проводят наблюдения в микроволновой области, но из-за затухания атмосферы большинство этих исследований проводятся с использованием высотных воздушных шаров или спутников. Однако возможно, самое известное наблюдение внеземных микроволн было проведено двумя учеными из Bell Labs, работающими в телекоммуникационной системе с использованием большой наземной антенны.

Согласно сайту NASA: «В 1965 году, используя длинные микроволны L-диапазона, Арно Пензиас и Роберт Уилсон, ученые из Bell Labs, сделали невероятное открытие совершенно случайно: они обнаружили фоновый шум с использованием специальной малошумящей антенны. Странная вещь о шуме заключалась в том, что он шел со всех сторон и, похоже, не сильно отличался интенсивностью. Если бы эта статика была от чего-то на нашей планете, например, радиопередачи от соседней контрольной башни аэропорта, только из одного направления, а не повсеместно. Ученые Bell Lab вскоре поняли, что они без проблем открыли космическое микроволновое фоновое излучение. Это излучение, которое заполняет всю вселенную, является ключом к его началу, известным как Большой взрыв».

Пензиас и Уилсон были удостоены Нобелевской премии 1978 года по физике за их открытие. С тех пор космическое микроволновое фоновое излучение с большой точностью отображено спутниками. Эти наблюдения показали минуты изменения температуры, которые в конечном итоге превратились в галактические кластеры, которые мы видим сегодня.

Анализ этого фонового излучения также дал астрономам подсказки относительно состава Вселенной. Ученые теперь думают, что 95 процентов космоса состоит из материи и энергии, которые нельзя «ощущать» с помощью обычных инструментов. Это приводит к темным именам материи и темной энергии. Будущий анализ этого фонового излучения может пролить свет на то, что произошло вскоре после рождения Вселенной. Даже возможно еще до того, как эта вселенная существовала, согласно некоторым космическим моделям.

Оставьте комментарий

Please enter your comment!
Напишите имя здесь