تُعَدّ موجات الراديو نوعًا من الإشعاع الكهرومغناطيسيّ المعروف باستخدامه في تقنيّات الاتصالات، مثل التلفاز والهواتف المحمولة وأجهزة الراديو. تستقبل هذه الأجهزة موجات الراديو وتحوّلها إلى اهتزازات ميكانيكيّة في السماعة لإنشاء موجات صوتيّة .طيف الترددات الراديويّة هو جزء صغير نسبيًّا من الطيف الكهرومغناطيسيّ. ينقسم الطيف الكهرومغناطيسيّ بشكل عام إلى سبع أطياف من أجل تقليل الطول الموجي وزيادة الطاقة والتردّد حسب تقسيم جامعة روكستر. التسميّات الشائعة هي الموجات الراديويّة، والموجات الدقيقة (بالإنجليزيَّة: Microwaves)، والأشعة تحت الحمراء (بالإنجليزيَّة: Infrared rays)، والضوء المرئي، والأشعة فوق البنفسجية (بالإنجليزيَّة: UltraViolet rays)، والأشعة السينيّة، وأشعة جاما.
تمتلك موجات الراديو أطول طولًا موجيًّا في الطيف الكهرومغناطيسيّ -وفقًا لوكالة ناسا- والذي يتراوح بين حوالي 0.04 بوصة (1 ملليمتر) و أكثر من 62 ميلاً (100 كيلومتر). ولديها أيضًا أدنى تردّد، من حوالي 3000 دورة في الثانية، أو 3 كيلو هرتز، حتى حوالي 300 مليار هرتز، أو 300 جيجا هرتز.
يُعتبر الطيف الراديوي مَورِد محدود وغالبًا ما يُقارن بالأراضي الزراعيّة. تمامًا كما يجب على المزارعين تنظيم أراضيهم لتحقيق أفضل حصاد فيما يتعلق بالكمية والتنوّع، يجب تقسيم الطيف الراديوي بين المستخدمين بالطريقة الأكثر كفاءةً، وفقًا لهيئة الإذاعة البريطانيّة. في الولايات المتحدة الأمريكيّة، تدير الإدارة الوطنية للاتصالات والمعلومات في وزارة التجارة الأمريكيّة تخصيصات التردُّد على طول الطيف الراديوي.
اكتشاف موجات الراديو
تنبأ الفيزيائيّ الاسكتلنديّ جيمس كلارك ماكسويل، الذي طوّر نظرية موحدة للكهرومغناطيسيّة في سبعينيات القرن التاسع عشر، بوجود موجات راديو، وفقًا لمكتبة اسكتلندا الوطنية. وطَبَقَ عالم الفيزياء الألماني هاينريش هيرتز في عام 1886 نظريّات ماكسويل على إنتاج واستقبال موجات الراديو.
وأصبح هيرتز أول شخص يرسل ويستقبل موجات الراديو الحكومة. واستخدم هيرتز أدوات بسيطة محليّة الصُنع، بما في ذلك ملف الحث وجرة ليدن (وهو نوع مبكر من المكثف يتكوّن من جرة زجاجيّة مع طبقات رقائق من الداخل والخارج) لإنشاء موجات كهرومغناطيسيّة. وفقًا للجمعية الأمريكيّة لتقدم العلوم، تُسمى وحدة تردُّد الموجات الكهرومغناطيسية هيرتز تيمنًا به.
نطاقات الموجات الراديويّة
تُقَسِّم الإدارة الوطنية للاتصالات والمعلومات عمومًا الطيف الراديويّ إلى تسعة نطاقات:
| النطاق | نطاق التردُّد | نطاق الطول الموجي |
| التردُّد المنخفض للغاية (بالإنجليزيَّة: Extremely Low Frequency) و(يُختصر: ELF) | <3kHz | >100 km |
| التردُّد المنخفض جدًا
(بالإنجليزيَّة: Very Low Frequency) و(يُختصر: VLF) |
3 to 30 kHz | 10 to 100 km |
| التردُّد المنخفض (بالإنجليزيَّة: Low Frequency) و(يُختصر: LF) | 30 to 300 kHz | 1 m to 10 km |
| التردُّد المتوسط (بالإنجليزيَّة: Medium Frequency) و(تُختصر: MF) | 300 kHz to 3 MHz | 100 m to 1 km |
| التردُّد العالي (بالإنجليزيَّة: High Frequency) و(تُختصر: HF) | 3 to 30 MHz | 10 to 100 m |
| التردُّد العالي جدًا (بالإنجليزيَّة: Very High Frequency) و(تُختصر: VHF) | 30 to 300 MHz | 1 to 10 m |
| التردُّد العالي الفائق (بالإنجليزيَّة: Ultra High Frequency) و(تُختصر: UHF) | 300 MHz to 3 GHz | 10 cm to 1 m |
| التردُّد العالي الفائق للغاية(بالإنجليزيَّة: Super High Frequency) و(تُختصر: SHF) | 3 to 30 GHz | 1 to 1 cm |
| التردُّد العالي الفائق للغاية جدًا (بالإنجليزيَّة: Extremely High Frequency) و(تُختصر: EHF) | 30 to 300 GHz | 1 mm to 1 cm |
الترددات المنخفضة والمتوسطة
موجات الراديو ذات التردُّد المنخفض للغاية وهي أدنى تردُّدات الراديو، لها مدى طويل، مفيدة في اختراق المياه والصخور للتواصل مع الغواصات وداخل المناجم والكهوف. وفقًا لمجموعة ستانفورد، أقوى مصدر طبيعي لموجات التردُّد المنخفض للغاية والتردد المنخفض جدًا هو البرق.
يمكن أن ترتد الموجات الناتجة عن ضربات الصواعق ذهابًا وإيابًا بين الأرض والأيونوسفير (طبقة الغلاف الجوي ذات التركيز العالي من الأيونات والإلكترونات الحرة)، ويمكن لاضطرابات البرق هذه أن تشوّه الإشارات اللاسلكيّة المهمة التي تنتقل إلى الأقمار الصناعيّة.
تتضمن نطاقات الراديو ذات التردُّد المنخفض والتردُّد المتوسط إشارات الراديو المستخدمة في الملاحة البحريّة والجويّة، بالإضافة إلى راديو (AM) المشهورة.
تنخفض نطاقات تردُّد الراديو (AM) بين 535 كيلو هرتز إلى 1.7 ميجا هرتز. راديو (AM) له مدى طويل، خاصةً في الليل عندما يكون الأيونوسفير –الغلاف الجوي المتأيّن- أفضل في انكسار الموجات إلى الأرض، لكنه عرضة للتداخل الذي يؤثر على جودة الصوت. عندما تُحظر الإشارة جزئيًا بواسطة مبنى ذي جدران معدنية مثل ناطحة سحاب -على سبيل المثال- يقل حجم الصوت وفقًا لذلك.
الترددات الأعلى
تتضمن نطاقات التردُّد العالي والتردُّد العالي جدًا والتردُّد العالي الفائق، راديو (FM) وصوت البث التلفزيوني وراديو الخدمة العامة والهواتف المحمولة ونظام تحديد المواقع العالميّ. تستخدم هذه النطاقات عادةً نظام تعديل التردُّد (بالإنجليزيَّة: Frequency Modulation) و(يُختصر: FM).
في نظام تعديل التردُّد، يظل اتساع (الحد الأقصى) للإشارة ثابتًا بينما يتغير التردُّد أعلى أو أقل بمعدل ومقدار يتوافق مع إشارة الصوت أو البيانات.
ينتج عن (FM) جودة إشارة أفضل من (AM) لأن العوامل البيئيّة لا تؤثر على التردُّد بالطريقة التي تؤثر بها على السعة، ويتجاهل جهاز الاستقبال التغيّرات في السعة طالما أن الإشارة لا تزال فوق الحد الأدنى. تقع تردُّدات راديو (FM) بين 88 ميجاهيرتز و 108 ميجاهيرتز.
راديو الموجة القصيرة
يستخدم راديو الموجات القصيرة تردُّدات في نطاق الموجات التردُّد العالي، من حوالي 1.7 ميجاهرتز إلى 30 ميجاهرتز، وفقًا للرابطة الوطنية لمذيعي الموجات القصيرة.
ضمن هذا النطاق، ينقسم طيف الموجات القصيرة إلى عدّة قطاعات، بعضها مخصص لمحطات البث العادية، مثل صوت أمريكا، هيئة الإذاعة البريطانيّة وصوت روسيا. في جميع أنحاء العالم، هناك المئات من محطات الموجات القصيرة، يمكن سماع محطات الموجات القصيرة على بعد آلاف الأميال لأن الإشارات ترتد من الأيونوسفير، وتعود مئات أو آلاف الأميال من نقطة المنشأ.
أعلى التردُّدات
يُمَثِل كل من التردُّد العالي الفائق للغاية والتردُّد العالي الفائق للغاية جدًا أعلى تردُّدات في النطاق الراديوي ويعتبران أحيانًا جزءًا من نطاق الموجات الدقيقة. تميل الجزيئات في الهواء إلى امتصاص هذه التردُّدات، مما يحد من نطاقها وتطبيقاتها. ومع ذلك ، تسمح أطوالها الموجيّة القصيرة بتوجيه الإشارات في حزم ضيقة بواسطة هوائيّات طبق مكافئ (هوائيات أطباق الأقمار الصناعيّة). ويسمح ذلك بإجراء اتصالات ذات نطاق تردُّديّ عالٍ قصير المدى بين مواقع ثابتة.
يُستخدم التردُّد العالي الفائق للغاية، الذي لا يتأثر بالهواء بشكل أقل من التردُّد العالي للغاية جدًا، للتطبيقات قصيرة المدى مثل واي-فاي (بالإنجليزيَّة: Wi-Fi) والبلوثوت (بالإنجليزيَّة: Bluetooth) والناقل التسلسلي العالمي الاسلكي (بالإنجليزيَّة: Universal Serial BusUSB) و(يُختصر: USB). يمكن للتردُّد العالي الفائق للغاية العمل فقط في مسارات خط الرؤية حيث تميل الموجات إلى ارتداد الأشياء مثل السيارات والقوارب والطائرات. ولأن الأمواج ترتد عن الأجسام، يمكن أيضًا استخدام التردد العالي الفائق للغاية للرادار.
مصادر فلكيّة
يَعُجّ الفضاء الخارجي بمصادر موجات الراديو: الكواكب والنجوم والغاز وسحابات الغبار، والمجرات، والنجوم النابضة وحتى الثقوب السوداء. من خلال دراسة موجات الراديو القادمة من أي جُرم فضائيّ محدد، يمكن لعلماء الفلك معرفة المزيد عن الحركة والتكوين الكيميائيّ لهذه المصادر الكونيّة وكذلك العمليات التي تسبب هذه الموجات.
يرى التلسكوب الراديوي السماء بشكل مختلف تمامًا عمّا يظهر في الضوء المرئيّ. فبدلاً من رؤية النجوم الشبيهة بالنقاط، يلتقط التلسكوب الراديوي النجوم النابضة البعيدة والمناطق التي تُشَكِّل النجوم وبقايا السوبرنوفا.
يمكن للتلسكوبات الراديوية أيضًا الكشف عن الكوازارات أو النجوم الزائفة، وهي اختصار لمصدر الراديو شبه النجمي. الكوازار هو قلب مجري لامع بشكل لا يصدق مدعوم من ثقب أسود فائق الكتلة. تشُعَّ الكوازارات بالطاقة على نطاق واسع عبر طيف الكهرومغناطيسي، لكن الاسم يأتي من حقيقة أن الكوازارات الأولى التي تُحدّد تنبعث منها غالبًا طاقة لاسلكيّة. النجوم الزائفة نشطة للغاية، فبعضها يصدر 1000 مرة من الطاقة مثل مجرة درب التبانة بأكملها.
غالبًا ما يجمع علماء الفلك الراديوي بين العديد من المقاريب الأصغر، أو استقبال الأطباق، في مصفوفة من أجل جعل صورة إذاعيّة أكثر وضوحًا أو دقةً، وفقًا لجامعة فيينا، يتكوّن التلسكوب الراديوي ذو المصفوفة الكبيرة جدًا (VLA) في نيو مكسيكو من 27 هوائيًّا مرتبة في نمط ‘Y’ ضخم يبلغ عرضه 22 ميلاً (36 كيلومترًا).
