Hoe werken radiogolven?

EM of elektromagnetische straling bestaat uit een magnetisch veld en een elektrisch veld. Deze velden reizen in golven die loodrecht op elkaar staan ​​en kunnen worden geclassificeerd op basis van hun golflengte, de afstand tussen de toppen van twee golven. Het type EM-straling met de langste golflengte zijn radiogolven. Wanneer deeltjes versnellen, van snelheid of richting veranderen, geven ze EM-straling af over het hele spectrum, inclusief radiogolven met lange golflengte. Er zijn vijf algemene manieren waarop dit gebeurt.

Een zwart lichaam is een object dat straling absorbeert en vervolgens weer uitstraalt. Wanneer een object wordt verwarmd, bewegen de atomen en moleculen ervan, waardoor EM-straling vrijkomt, met een piek op een ander punt langs het EM-spectrum, afhankelijk van de temperatuur. Een verwarmd stuk metaal zal bijvoorbeeld eerst warm of infrarood aanvoelen en dan gloeien als het in het zichtbare lichtgedeelte van het spectrum komt. Bij veel lagere temperaturen wordt straling op radiogolflengten uitgezonden.

Wanneer elektronen in gasatomen losraken of worden gestript, worden ze geïoniseerd. Dit is, net als blackbody-straling, een andere vorm van thermische emissie. Hierdoor bewegen geladen deeltjes in het geïoniseerde gas, wat de elektronen versnelt. Versnelde deeltjes geven EM-straling af, en sommige gaswolken geven het af op radiogolflengten, zoals dicht bij stervormingsgebieden of actieve galactische kernen. Dit wordt ook wel "free-free" emissie en "bremsstrahlung" genoemd.

Het derde type thermische emissie is spectraallijnemissie. Wanneer elektronen in atomen transformeren van hoge naar lage energieniveaus, komt een foton vrij - een massaloze energie-eenheid die kan worden beschouwd als equivalent aan een golf. Het foton heeft dezelfde energie als het verschil tussen de hoge en lage niveaus waar de verkiezing heen en weer beweegt. In sommige atomen, zoals waterstof, worden fotonen uitgezonden in het radiogebied van het EM-spectrum -- 21 centimeter, in het geval van waterstof.

Dit is een niet-thermische vorm van emissie. Synchrotron-emissie treedt op wanneer deeltjes worden versneld door een magnetisch veld. Typisch is een elektron geladen, omdat het minder massa heeft dan protonen en daarom gemakkelijker versnelt. Hierdoor reageert het sneller op magnetische velden. Het elektron draait rond het magnetische veld en geeft daarbij energie af. Hoe minder energie het nog heeft, hoe groter de cirkel rond het veld en hoe langer de golflengte van de EM-straling die het uitzendt, inclusief radiogolflengten.

Masers zijn een ander type niet-thermische straling. Het woord "maser" is eigenlijk een acroniem voor Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation. Het is vergelijkbaar met een laser, behalve dat een maser versterkte straling met een langere golflengte is. Een maser wordt gevormd wanneer een groep moleculen wordt geactiveerd en vervolgens wordt blootgesteld aan een bepaalde stralingsfrequentie. Hierdoor zenden ze radiofotonen uit. Als een energiebron de moleculen opnieuw activeert, reset dit het proces en wordt er opnieuw een maser uitgezonden.