Ραδιοπαράθυρο

Το ραδιοπαράθυρο ή παράθυρο ραδιοσυχνοτήτων είναι ένα εύρος συχνοτήτων ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας που διαπερνούν την ατμόσφαιρα της Γης. Τυπικά, το κατώτερο όριο του εύρους του ραδιοπαραθύρου εγγίζει τα 10 MHz (μήκος κύματος λ ≈ 30 m), ενώ το καλύτερο ανώτατο όριο, επιτεύξιμο από βέλτιστες θέσεις επίγειας παρατήρησης ισούται με περίπου 1 THz (λ ≈ 0,3 mm).^[1][2]

Κατέχει σημαντικό ρόλο στην αστρονομία· μέχρι τη δεκαετία του 1940, οι αστρονόμοι είχαν στη διάθεσή τους μόνο το ορατό και το κοντινό υπέρυθρο φάσμα για τη λήψη παρατηρησιακών δεδομένων. Με την ανάπτυξη των ραδιοτηλεσκοπίων, το ραδιοπαράθυρο κατέστη σταδιακά χρησιμότερο, με αποτέλεσμα την ανάπτυξη του κλάδου της ραδιοαστρονομίας, η οποία παρείχε στους αστροφυσικούς πολύτιμες μετρήσεις και παρατηρήσεις.^[3]

Το κατώτερο και το ανώτερο όριο του εύρους συχνοτήτων του ραδιοπαραθύρου δεν είναι σταθερά, καθώς εξαρτώνται από διάφορους μεταβλητούς παράγοντες.

Το ανώτερο όριο του ραδιοπαραθύρου επηρεάζεται από τις δονητικές μεταπτώσεις μορίων της ατμόσφαιρας όπως το οξυγόνο (O₂), το διοξείδιο του άνθρακα (CO₂) και το νερό (H₂O), των οποίων οι ενέργειες είναι συγκρίσιμες με τις ενέργειες των φωτονίων μεσαίου υπέρυθρου· αυτά τα μόρια απορροφούν σε μεγάλο βαθμό τη μεσαία υπέρυθρη ακτινοβολία που κατευθύνεται προς τη Γη.^[4][5]

Το κατώτερο όριο συχνότητας του ραδιοπαραθύρου επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό από την ιονοσφαιρική διάθλαση των ραδιοκυμάτων των οποίων οι συχνότητες μικρότερες από 30 MHz (λ > 10 m).^[6] Ραδιοκύματα με συχνότητες μικρότερες του ορίου των 10 MHz (λ > 30 m) ανακλώνται πίσω στο διάστημα από την ιονόσφαιρα.^[7] Το κατώτερο όριο είναι ανάλογο της πυκνότητας των ελεύθερων ηλεκτρονίων της ιονόσφαιρας και συμπίπτει με τη συχνότητα πλάσματος:$${\displaystyle f_{p}=9{\sqrt {N_{e}}},}$$

όπου ${\displaystyle f_{p}}$ είναι η συχνότητα πλάσματος σε Hz και ${\displaystyle N_{e}}$ η πυκνότητα ηλεκτρονίων (${\displaystyle e}$) σε ηλεκτρόνια ανά κυβικό μέτρο. Δεδομένου ότι εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το φως του Ηλίου, η τιμή του ${\displaystyle N_{e}}$ μεταβάλλεται σημαντικά από τη μέρα στη νύχτα· συνήθως είναι μικρότερη κατά τη διάρκεια της ημέρας, με αποτέλεσμα τη μείωση του κατώτερου ορίου του ραδιοπαραθύρου και υψηλότερη κατά τη διάρκεια της νύχτας, με αποτέλεσμα την αύξηση του ορίου χαμηλότερης συχνότητας του ραδιοπαραθύρου. Ωστόσο, αυτό εξαρτάται επίσης από την ηλιακή δραστηριότητα και τη γεωγραφική θέση.^[8]

Κατά τη διεξαγωγή παρατηρήσεων, οι ραδιοαστρονόμοι επιχειρούν να επεκτείνουν το ανώτερο όριο του ραδιοπαραθύρου προς το βέλτιστο 1 THz, καθώς τα αστρονομικά αντικείμενα δίνουν φασματικές γραμμές μεγαλύτερης έντασης στο υψηλότερο εύρος συχνοτήτων.^[9] Οι υδρατμοί της τροπόσφαιρας επηρεάζουν εντόνως το ανώτερο όριο καθώς οι ζώνες συχνοτήτων απορρόφησης συντονισμού είναι οι 22,3 GHz (λ ≈ 1,32 cm), 183,3 GHz (λ ≈ 1,64 mm) και 323,8 GHz (λ ≈ 0,93 mm). Επίσης, οι ζώνες του τροποσφαιρικού οξυγόνου στα 60 GHz (λ ≈ 5,00 mm) και 118,74 GHz (λ ≈ 2,52 mm) επηρεάζουν το ανώτερο όριο του ραδιοπαραθύρου. ^[10] Για την αντιμετώπιση του ζητήματος των υδρατμών, τα ραδιοαστρονομικά παρατηρητήρια κατασκευάζονται σε μεγάλα υψόμετρα όπου το κλίμα είναι πιο ξηρό.^[11] Ωστόσο, η παρεμβολή του οξυγόνου στη διάδοση των ραδιοκυμάτων δεν μπορεί να αποφευχθεί πλήρως.^[12]

Το πλάτος του ραδιοπαραθύρου επηρεάζεται επίσης από παρεμβολές ραδιοσυχνοτήτων που εμποδίζουν τις παρατηρήσεις σε ορισμένες περιοχές μηκών κύματος και υπονομεύουν την ποιότητα των παρατηρησιακών δεδομένων της ραδιοαστρονομίας.^[13]

• Ατμοσφαιρικό παράθυρο