Come funzionano le onde radio?

EM o radiazione elettromagnetica è costituita da un campo magnetico e un campo elettrico. Questi campi viaggiano in onde perpendicolari tra loro e possono essere classificati in base alla loro lunghezza d'onda, che è la distanza tra i picchi di due onde. Il tipo di radiazione EM con la lunghezza d'onda più lunga sono le onde radio. Quando le particelle accelerano o cambiano velocità o direzione, emettono radiazioni EM lungo tutto lo spettro, comprese le onde radio a lunghezza d'onda lunga. Ci sono cinque modi generali in cui ciò accade.

Un corpo nero è un oggetto che assorbe, quindi riemette, radiazioni. Quando un oggetto viene riscaldato, i suoi atomi e le sue molecole si muovono, causando il rilascio di radiazioni EM, con un picco in un punto diverso lungo lo spettro EM, a seconda della temperatura. Ad esempio, un pezzo di metallo riscaldato si sentirà prima caldo o infrarosso, quindi si illuminerà quando entra nella porzione di luce visibile dello spettro. A temperature molto più basse vengono emesse radiazioni a lunghezze d'onda radio.

Quando gli elettroni negli atomi di gas vengono rimossi o strappati, vengono ionizzati. Questa, come la radiazione del corpo nero, è un'altra forma di emissione termica. Ciò fa sì che le particelle cariche si muovano nel gas ionizzato, che accelera gli elettroni. Le particelle accelerate rilasciano radiazione EM e alcune nubi di gas la rilasciano a lunghezze d'onda radio, come vicino alle regioni di formazione stellare o ai nuclei galattici attivi. Questo è indicato anche come emissione "libera" e "bremsstrahlung".

Il terzo tipo di emissione termica è l'emissione di righe spettrali. Quando gli elettroni negli atomi si trasformano da alti a bassi livelli di energia, viene rilasciato un fotone, un'unità di energia priva di massa che può essere considerata equivalente a un'onda. Il fotone ha la stessa energia della differenza tra i livelli alto e basso da cui e verso i quali si sta muovendo l'elezione. In alcuni atomi, come l'idrogeno, i fotoni vengono emessi nella regione radio dello spettro EM - 21 centimetri, nel caso dell'idrogeno.

Questa è una forma di emissione non termica. L'emissione di sincrotrone si verifica quando le particelle vengono accelerate da un campo magnetico. Tipicamente, un elettrone è carico, in quanto ha massa minore dei protoni e quindi accelera più facilmente. Questo lo fa rispondere più prontamente ai campi magnetici. L'elettrone ruota intorno al campo magnetico, emettendo energia. Meno energia ha lasciato, più ampio è il cerchio attorno al campo e più lunga è la lunghezza d'onda della radiazione EM che emette, comprese le lunghezze d'onda radio.

I maser sono un altro tipo di radiazione non termica. La parola "maser" è in realtà l'acronimo di Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation. È simile a un laser, tranne per il fatto che un maser è una radiazione amplificata a una lunghezza d'onda maggiore. Un maser si forma quando un gruppo di molecole viene energizzato e quindi esposto a una certa frequenza di radiazione. Questo fa sì che emettano fotoni radio. Se una fonte di energia rienergizza le molecole, questo ripristina il processo e viene emesso di nuovo un maser.