الموجات الميكروية موجات راديوية تقع عند الطرف عالي التردد من الطيف الراديوي، وتتراوح أطوالها الموجية من نحو 1 مليمتر إلى 1 متر. يعرض المستكشف موجة ميكروية طولها الموجي 1 سنتيمتر. وهذا الطول يساوي 10 أضعاف طول أقصر موجة ميكروية، وجزءًا من مئة من طول أطولها، أي إنه قريب من الطرف القصير للنطاق.
الطول الموجي
الموجات الميكروية، مثل الضوء، موجات كهرمغناطيسية، أي موجات من الطاقة الكهربائية والمغناطيسية تتحرك معًا في الفضاء. والطول الموجي لأي موجة هو المسافة من قمة إلى القمة التي تليها. أما تردد الموجة فهو عدد القمم التي تمرّ بنقطة معينة في كل ثانية، ويُقاس بالهرتز. وكلما قصر الطول الموجي ارتفع التردد.
يبلغ تردد الموجة الميكروية التي طولها 1 سنتيمتر نحو 30 غيغاهرتز، أي إن نحو 30 مليار قمة تمرّ بنقطة معينة في كل ثانية. وتعرّف إدارة السلامة والصحة المهنية (OSHA)، وهي الجهة الأمريكية المعنية بالسلامة في أماكن العمل، الموجات الميكروية بأنها الترددات من 300 ميغاهرتز (300 مليون قمة في الثانية) إلى 300 غيغاهرتز. وتقابل هذه الترددات أطوالًا موجية تمتد من 1 متر نزولًا إلى 1 مليمتر.
يسمّي الاتحاد الدولي للاتصالات (ITU)، الذي ينسّق استخدام الراديو في العالم، نطاقات الراديو بحسب أطوال موجاتها. فهو يطلق اسم «الموجات السنتيمترية» على الترددات من 3 إلى 30 غيغاهرتز، و«الموجات المليمترية» على الترددات من 30 إلى 300 غيغاهرتز. وعند 29.98 غيغاهرتز تقع الموجة التي طولها 1 سنتيمتر في أعلى النطاق السنتيمتري تمامًا.
مقارنات الحجم
- لو وُضعت موجتان ميكرويتان، طول كل منهما 1 سنتيمتر، واحدةً تلو الأخرى لامتدّتا على مسافة تزيد قليلًا على عرض قطعة سنت أمريكي يبلغ قطرها 19 مليمترًا.
- يبلغ قطر بلية زجاجية قياسية 1.6 سنتيمتر، أي نحو 1.6 ضعف طول هذه الموجة.
- تستخدم أفران الميكروويف موجات طولها نحو 12 سنتيمترًا، أي 12 ضعف طول الموجة المعروضة.
- أطول موجات الضوء المرئي هي موجات الضوء الأحمر، ويبلغ طولها نحو 700 نانومتر. والنانومتر جزء من مليار من المتر، ولذلك فإن طول الموجة الميكروية التي طولها 1 سنتيمتر يساوي نحو 14,000 ضعف طول موجة الضوء الأحمر.
استخدامات الموجات الميكروية
يولّد فرن الميكروويف موجاته بأنبوب إلكتروني يسمى المغنطرون. ترتد الموجات عن جدران الفرن المعدنية وتنفذ من الزجاج والورق والبلاستيك، أما الطعام فيمتصها. وهي تجعل جزيئات الماء في الطعام تهتز، وتنتج هذه الحركة الحرارة التي تطهو الطعام.
تنقل الموجات الميكروية أيضًا إشارات الهاتف والتلفزيون، ويستخدمها الرادار لكشف السيارات التي تتجاوز السرعة المسموحة. ويستخدمها رادار الطقس الدوبلري لتتبع العواصف، وتستخدمها معظم أقمار الاتصالات الاصطناعية لإرسال الإشارات إلى سطح الأرض. وفي الاتصالات الفضائية تُعرف الترددات من 27.5 إلى 30 غيغاهرتز، التي تبلغ أطوال موجاتها من 1.0 إلى 1.1 سنتيمتر، باسم نطاق 30 غيغاهرتز.
موجات ميكروية من الكون المبكر
في عام 1965 كان آرنو بنزياس وروبرت ويلسون من مختبرات بل للهاتف يقيسان الضجيج الراديوي بهوائي بوقي طوله 6 أمتار في هولمدل بولاية نيوجيرسي. وعند طول موجي قدره 7.35 سنتيمتر، أي نحو سبعة أضعاف طول موجة المستكشف، التقطا ضجيجًا يفوق ما استطاعا تفسيره. وكان هذا الضجيج يصل بالقدر نفسه من كل اتجاه في السماء.
قدّمت ورقة بحثية مرافقة كتبها فيزيائيون في جامعة برينستون تفسيرًا لهذا الضجيج. فقد كان الضجيج هو الخلفية الكونية الميكروية: ضوء انطلق حين كان عمر الكون نحو 380,000 سنة، وهذا الضوء يملأ الكون كله. وتقاسم بنزياس وويلسون جائزة نوبل في الفيزياء لعام 1978 «لاكتشافهما إشعاع الخلفية الكونية الميكروية».
المصادر
- Microwaves. NASA Science, 2023.
- Anatomy of an Electromagnetic Wave. NASA Science, 2023.
- What are the Energy Range Definitions for the Various Types of Electromagnetic Radiation?. NASA High Energy Astrophysics Science Archive Research Center, 2021.
- Visible Light. NASA Science, 2023.
- Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.
- Radiofrequency and Microwave Radiation. Occupational Safety and Health Administration.
- Recommendation ITU-R V.431-8: Nomenclature of the frequency and wavelength bands used in telecommunications. International Telecommunication Union, 2015.
- Microwave Oven Radiation. US Food and Drug Administration, 2023.
- Coin Specifications. United States Mint, 2026.
- Tournament Rules. National Marbles Tournament.
- A Measurement of Excess Antenna Temperature at 4080 Mc/s. Penzias and Wilson, The Astrophysical Journal, 1965.
- The Nobel Prize in Physics 1978. Nobel Prize Outreach.