전파창
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1. 개요
전파 창은 일반적으로 약 15 메가헤르츠에서 1 테라헤르츠 사이의 주파수 범위를 의미하며, 전리층과 대기 중 분자에 의한 흡수, 그리고 전파 간섭 등의 요인에 의해 그 범위가 결정된다. 전리층은 낮은 주파수의 전파를 굴절시키거나 반사시키며, 대기 중 산소, 이산화 탄소, 물 분자는 특정 주파수의 전파를 흡수하여 전파 창의 상한선에 영향을 미친다. 또한, 지구상에서 발생하는 전파 간섭 역시 전파 창을 통한 관측에 영향을 미친다. 전파 천문학자들은 더 높은 주파수에서 더 강한 스펙트럼선을 얻기 위해 전파 창의 상한선을 1 테라헤르츠까지 확장하려 노력하며, 수증기의 영향을 줄이기 위해 건조한 고지대에 관측소를 건설한다.
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| 전파창 | |
|---|---|
| 개요 | |
| 정의 | 지구의 대기가 전자기파의 특정 주파수 또는 파장 범위에서 비교적 투명한 영역을 의미한다. |
| 설명 | 대기는 특정 주파수나 파장의 전자기파를 흡수하거나 산란시켜 전파의 투과를 방해하는데, 전파창은 이러한 방해가 적어 전파가 잘 통과하는 영역이다. |
| 전파창 | |
| 범위 | 약 10 MHz에서 1 THz 사이의 전파 스펙트럼 영역 |
| 파장 | 약 30 미터에서 0.3 밀리미터 사이 |
| 특징 | 이 범위의 전파는 대기를 비교적 자유롭게 통과하여 지상에서 전파망원경 등을 사용하여 천체를 관측하거나, 통신에 활용할 수 있다. |
| 다른 창 | |
| 가시광선 창 | 대기가 가시광선을 잘 투과시키는 영역 |
| 적외선 창 | 특정 파장의 적외선을 투과시키는 영역 (가시광선 창만큼 투명하지 않음) |
| 중요성 | |
| 천문학 | 지상 기반 전파망원경을 사용하여 우주를 관측하는 데 필수적이다. |
| 통신 | 전파 통신 시스템의 효율적인 작동을 가능하게 한다. |
2. 전파 창의 범위
일반적으로 전파 창의 범위는 하한 주파수가 약 15메가헤르츠 (파장 약 20미터), 상한 주파수가 약 1테라헤르츠 (파장 약 300마이크로미터)로 여겨진다.[15][16]。 전파창 주파수 범위의 하한과 상한은 고정되어 있지 않으며, 다양한 요인에 따라 달라진다.
=== 전리층 ===
전파 창의 낮은 주파수 한계는 주파수가 약 30 MHz (λ > 10 m) 미만인 전파의 전리층 굴절에 의해 크게 영향을 받으며,[6] 10 MHz (λ > 30 m) 미만의 주파수를 가진 전파는 전리층에 의해 다시 우주로 반사된다.[7] 이 하한선은 전리층의 자유 전자 밀도에 비례하며, 플라스마 주파수와 일치한다.
:fp = 9√(Ne)
여기서 fp는 Hz 단위의 플라스마 주파수이고 Ne는 입방 미터당 전자 수 단위의 전자 밀도이다. 이는 햇빛에 크게 의존하므로, Ne의 값은 낮과 밤에 따라 크게 변동하며, 일반적으로 낮에는 낮아져 전파 창의 하한선을 낮추고, 밤에는 높아져 전파 창의 낮은 주파수 한계를 높인다. 그러나 이는 또한 태양 활동과 지리적 위치에 따라 달라진다.[8] 전리층에 의해 약 30 메가헤르츠 이하(파장 10미터 이상)의 전파는 굴절된다. 10 메가헤르츠 이하(파장 30미터 이상)의 전파는 우주 공간으로 반사된다.
=== 대기 중 분자에 의한 흡수 ===
상한선은 산소(O2), 이산화 탄소(CO2), 물(H2O)과 같은 대기 분자의 진동 전이에 의해 영향을 받는데, 이들의 에너지는 중적외선 광자의 에너지와 유사하다. 이러한 분자들은 지구로 향하는 중적외선 복사를 상당 부분 흡수한다.[4][5]
관측을 수행할 때 전파 천문학자들은 전파 창의 상한선을 1 THz 최적치로 확장하려고 하는데, 천문 대상이 더 높은 주파수 범위에서 더 큰 강도의 스펙트럼선을 제공하기 때문이다.[9]
천체는 높은 주파수대에서 더 강한 스펙트럼선을 방출하기 때문에, 전파 망원경에 의한 관측은 전파 창의 상한 주파수 근처인 1테라헤르츠 부근까지 이루어진다.[22]
대류권의 수증기는 그 공진 흡수 주파수 대역이 22.3 GHz(λ ≈ 1.32 cm), 183.3 GHz(λ ≈ 1.64 mm) 및 323.8 GHz(λ ≈ 0.93 mm)이기 때문에 상한선에 큰 영향을 미친다. 60 GHz(λ ≈ 5.00 mm) 및 118.74 GHz(λ ≈ 2.52 mm)에서 대류권 산소의 대역도 상한선에 영향을 미친다.[10]
대류권의 대기 중 수증기는 22.3기가헤르츠 (파장 1.32 cm), 183.3기가헤르츠 (파장 1.64 mm), 323.8기가헤르츠 (파장 0.93 mm)의 전자기파를 흡수하기 때문에, 전파 창의 상한 주파수에 크게 영향을 미친다. 마찬가지로, 대기 중 산소의 흡수 주파수인 60기가헤르츠 (파장 5.00 mm), 118.74기가헤르츠 (파장 2.52 mm)도 상한 주파수에 영향을 미친다.[23]
수증기 문제를 해결하기 위해 많은 관측소들이 기후가 더 건조한 고지대에 건설된다.[11] 수증기의 영향을 줄이기 위해 많은 전파 망원경은 건조한 기후의 고지에 건설된다.[24] 그러나 전파의 전파에 대한 산소의 간섭을 피하기 위해 할 수 있는 일은 거의 없다.[12]
그러나, 산소의 영향을 피하는 것은 거의 불가능하다.[25] .
전파 창의 상한 주파수에는, 산소(O2), 이산화 탄소(CO2), 물(H2O) 등의 대기 중 분자의 진동 천이가 영향을 미치며, 그 에너지는 중적외선의 광자 에너지에 해당한다. 이러한 분자들에 의해, 중적외선은 지표에 도달하기 전에 거의 흡수된다[17][18]。
=== 전파 간섭 ===
무선 창의 폭은 특정 파장 범위에서 관측을 방해하고 전파 천문학의 관측 데이터 품질을 저하시키는 무선 주파수 간섭(RFI)의 영향을 받기도 한다.[13]
지구상에서 발신되는 다양한 용도의 전파에 의한 전파 간섭은 전파창을 통한 관측에 큰 영향을 미친다.[26]
2. 1. 전파 창 범위에 영향을 미치는 요인
전파창 주파수 범위의 하한과 상한은 고정되어 있지 않으며, 다양한 요인에 따라 달라진다.=== 전리층 ===
전파 창의 낮은 주파수 한계는 주파수가 약 30 MHz (λ > 10 m) 미만인 전파의 전리층 굴절에 의해 크게 영향을 받으며,[6] 10 MHz (λ > 30 m) 미만의 주파수를 가진 전파는 전리층에 의해 다시 우주로 반사된다.[7] 이 하한선은 전리층의 자유 전자 밀도에 비례하며, 플라스마 주파수와 일치한다.
:fp = 9√(Ne)
여기서 fp는 Hz 단위의 플라스마 주파수이고 Ne는 입방 미터당 전자 수 단위의 전자 밀도이다. 이는 햇빛에 크게 의존하므로, Ne의 값은 낮과 밤에 따라 크게 변동하며, 일반적으로 낮에는 낮아져 전파 창의 하한선을 낮추고, 밤에는 높아져 전파 창의 낮은 주파수 한계를 높인다. 그러나 이는 또한 태양 활동과 지리적 위치에 따라 달라진다.[8] 전리층에 의해 약 30 메가헤르츠 이하(파장 10미터 이상)의 전파는 굴절된다. 10 메가헤르츠 이하(파장 30미터 이상)의 전파는 우주 공간으로 반사된다.
=== 대기 중 분자에 의한 흡수 ===
상한선은 산소(O2), 이산화 탄소(CO2), 물(H2O)과 같은 대기 분자의 진동 전이에 의해 영향을 받는데, 이들의 에너지는 중적외선 광자의 에너지와 유사하다. 이러한 분자들은 지구로 향하는 중적외선 복사를 상당 부분 흡수한다.[4][5]
관측을 수행할 때 전파 천문학자들은 전파 창의 상한선을 1 THz 최적치로 확장하려고 하는데, 천문 대상이 더 높은 주파수 범위에서 더 큰 강도의 스펙트럼선을 제공하기 때문이다.[9] 대류권의 수증기는 그 공진 흡수 주파수 대역이 22.3 GHz(λ ≈ 1.32 cm), 183.3 GHz(λ ≈ 1.64 mm) 및 323.8 GHz(λ ≈ 0.93 mm)이기 때문에 상한선에 큰 영향을 미친다. 60 GHz(λ ≈ 5.00 mm) 및 118.74 GHz(λ ≈ 2.52 mm)에서 대류권 산소의 대역도 상한선에 영향을 미친다.[10] 수증기 문제를 해결하기 위해 많은 관측소들이 기후가 더 건조한 고지대에 건설된다.[11] 그러나 전파의 전파에 대한 산소의 간섭을 피하기 위해 할 수 있는 일은 거의 없다.[12]
전파 창의 상한 주파수에는, 산소(O2), 이산화 탄소(CO2), 물(H2O) 등의 대기 중 분자의 진동 천이가 영향을 미치며, 그 에너지는 중적외선의 광자 에너지에 해당한다. 이러한 분자들에 의해, 중적외선은 지표에 도달하기 전에 거의 흡수된다[17][18]。
천체는 높은 주파수대에서 더 강한 스펙트럼선을 방출하기 때문에, 전파 망원경에 의한 관측은 전파 창의 상한 주파수 근처인 1테라헤르츠 부근까지 이루어진다[22]. 대류권의 대기 중 수증기는 22.3기가헤르츠 (파장 1.32 cm), 183.3기가헤르츠 (파장 1.64 mm), 323.8기가헤르츠 (파장 0.93 mm)의 전자기파를 흡수하기 때문에, 전파 창의 상한 주파수에 크게 영향을 미친다. 마찬가지로, 대기 중 산소의 흡수 주파수인 60기가헤르츠 (파장 5.00 mm), 118.74기가헤르츠 (파장 2.52 mm)도 상한 주파수에 영향을 미친다[23] . 수증기의 영향을 줄이기 위해 많은 전파 망원경은 건조한 기후의 고지에 건설된다[24] . 그러나, 산소의 영향을 피하는 것은 거의 불가능하다[25] .
=== 전파 간섭 ===
무선 창의 폭은 특정 파장 범위에서 관측을 방해하고 전파 천문학의 관측 데이터 품질을 저하시키는 무선 주파수 간섭(RFI)의 영향을 받기도 한다.[13]
지구상에서 발신되는 다양한 용도의 전파에 의한 전파 간섭은 전파창을 통한 관측에 큰 영향을 미친다.[26]
2. 1. 1. 전리층
전파 창의 낮은 주파수 한계는 주파수가 약 30 MHz (λ > 10 m) 미만인 전파의 전리층 굴절에 의해 크게 영향을 받으며,[6] 10 MHz (λ > 30 m) 미만의 주파수를 가진 전파는 전리층에 의해 다시 우주로 반사된다.[7] 이 하한선은 전리층의 자유 전자 밀도에 비례하며, 플라스마 주파수와 일치한다.:fp = 9√(Ne)
여기서 fp는 Hz 단위의 플라스마 주파수이고 Ne는 입방 미터당 전자 수 단위의 전자 밀도이다. 이는 햇빛에 크게 의존하므로, Ne의 값은 낮과 밤에 따라 크게 변동하며, 일반적으로 낮에는 낮아져 전파 창의 하한선을 낮추고, 밤에는 높아져 전파 창의 낮은 주파수 한계를 높인다. 그러나 이는 또한 태양 활동과 지리적 위치에 따라 달라진다.[8] 전리층에 의해 약 30 메가헤르츠 이하(파장 10미터 이상)의 전파는 굴절된다. 10 메가헤르츠 이하(파장 30미터 이상)의 전파는 우주 공간으로 반사된다.
2. 1. 2. 대기 중 분자에 의한 흡수
상한선은 산소(O2), 이산화 탄소(CO2), 물(H2O)과 같은 대기 분자의 진동 전이에 의해 영향을 받는데, 이들의 에너지는 중적외선 광자의 에너지와 유사하다. 이러한 분자들은 지구로 향하는 중적외선 복사를 상당 부분 흡수한다.[4][5]관측을 수행할 때 전파 천문학자들은 전파 창의 상한선을 1 THz 최적치로 확장하려고 하는데, 천문 대상이 더 높은 주파수 범위에서 더 큰 강도의 스펙트럼선을 제공하기 때문이다.[9] 대류권의 수증기는 그 공진 흡수 주파수 대역이 22.3 GHz(λ ≈ 1.32 cm), 183.3 GHz(λ ≈ 1.64 mm) 및 323.8 GHz(λ ≈ 0.93 mm)이기 때문에 상한선에 큰 영향을 미친다. 60 GHz(λ ≈ 5.00 mm) 및 118.74 GHz(λ ≈ 2.52 mm)에서 대류권 산소의 대역도 상한선에 영향을 미친다.[10] 수증기 문제를 해결하기 위해 많은 관측소들이 기후가 더 건조한 고지대에 건설된다.[11] 그러나 전파의 전파에 대한 산소의 간섭을 피하기 위해 할 수 있는 일은 거의 없다.[12]
전파 창의 상한 주파수에는, 산소(O2), 이산화 탄소(CO2), 물(H2O) 등의 대기 중 분자의 진동 천이가 영향을 미치며, 그 에너지는 중적외선의 광자 에너지에 해당한다. 이러한 분자들에 의해, 중적외선은 지표에 도달하기 전에 거의 흡수된다[17][18]。
천체는 높은 주파수대에서 더 강한 스펙트럼선을 방출하기 때문에, 전파 망원경에 의한 관측은 전파 창의 상한 주파수 근처인 1테라헤르츠 부근까지 이루어진다[22]. 대류권의 대기 중 수증기는 22.3기가헤르츠 (파장 1.32 cm), 183.3기가헤르츠 (파장 1.64 mm), 323.8기가헤르츠 (파장 0.93 mm)의 전자기파를 흡수하기 때문에, 전파 창의 상한 주파수에 크게 영향을 미친다. 마찬가지로, 대기 중 산소의 흡수 주파수인 60기가헤르츠 (파장 5.00 mm), 118.74기가헤르츠 (파장 2.52 mm)도 상한 주파수에 영향을 미친다[23] . 수증기의 영향을 줄이기 위해 많은 전파 망원경은 건조한 기후의 고지에 건설된다[24] . 그러나, 산소의 영향을 피하는 것은 거의 불가능하다[25] .
2. 1. 3. 전파 간섭
무선 창의 폭은 특정 파장 범위에서 관측을 방해하고 전파 천문학의 관측 데이터 품질을 저하시키는 무선 주파수 간섭(RFI)의 영향을 받기도 한다.[13]지구상에서 발신되는 다양한 용도의 전파에 의한 전파 간섭은 전파창을 통한 관측에 큰 영향을 미친다.[26]
3. 전파 천문학과 전파 창
참조
[1]
서적
Essential Radio Astronomy
https://books.google[...]
Princeton University Press
2016
[2]
웹사이트
1 Introduction‣ Essential Radio Astronomy
https://www.cv.nrao.[...]
2021-12-27
[3]
서적
Tools of Radio Astronomy
http://www.worldcat.[...]
Springer Science+Business Media
[4]
서적
Light scattering by ice crystals: fundamentals and applications
https://doi.org/10.1[...]
Cambridge University Press
2016
[5]
서적
Atmospheric chemistry: from the surface to the stratosphere
http://www.worldcat.[...]
World Scientific
[6]
서적
Understanding information transmission
http://www.worldcat.[...]
IEEE Press, Wiley-Interscience
[7]
서적
Geodesy
http://www.worldcat.[...]
De Gruyter
[8]
서적
Phased arrays for radio astronomy, remote sensing and satellite communications
http://www.worldcat.[...]
Cambridge University Press
[9]
서적
Tools of Radio Astronomy
http://www.worldcat.[...]
Springer Science+Business Media
[10]
서적
Communication engineering principles
http://www.worldcat.[...]
Wiley
[11]
서적
Fundamental astronomy
http://www.worldcat.[...]
Springer Science+Business Media
[12]
서적
Conference Proceedings
http://www.worldcat.[...]
IEEE
[13]
서적
The vanishing universe: adverse environmental impacts on astronomy: proceedings of the conference sponsored by Unesco
http://www.worldcat.[...]
Cambridge University Press
[14]
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Understanding information transmission
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Geodesy
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De Gruyter
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[25]
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The vanishing universe: adverse environmental impacts on astronomy: proceedings of the conference sponsored by Unesco
http://www.worldcat.[...]
Cambridge University Press
[27]
문서
한국천문학회 편, 《천문학용어집》 273쪽 우단 14째줄
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