How big is Wellenlänge von Mikrowellen?

Mikrowellen sind Radiowellen am hochfrequenten Ende des Radiospektrums, mit Wellenlängen von etwa 1 Millimeter bis 1 Meter. Der Explorer zeigt eine Mikrowelle mit einer Wellenlänge von 1 Zentimeter. Das ist das Zehnfache der kürzesten Mikrowelle und ein Hundertstel der längsten, nahe dem kurzwelligen Ende des Bands.

Wellenlänge

Mikrowellen sind, wie Licht, elektromagnetische Wellen: Wellen aus elektrischer und magnetischer Energie, die sich gemeinsam durch den Raum bewegen. Die Wellenlänge einer Welle ist der Abstand von einem Wellenberg zum nächsten. Ihre Frequenz ist die Anzahl der Wellenberge, die jede Sekunde einen Punkt passieren, gemessen in Hertz. Je kürzer die Wellenlänge, desto höher die Frequenz.

Eine Mikrowelle mit 1 Zentimeter Wellenlänge hat eine Frequenz von etwa 30 Gigahertz, sodass etwa 30 Milliarden Wellenberge pro Sekunde einen Punkt passieren. Die Occupational Safety and Health Administration (OSHA), die US-Behörde für Arbeitssicherheit, definiert Mikrowellen als Frequenzen von 300 Megahertz (300 Millionen Wellenberge pro Sekunde) bis 300 Gigahertz. Diese Frequenzen entsprechen Wellenlängen von 1 Meter bis hinunter zu 1 Millimeter.

Die International Telecommunication Union (ITU), die den weltweiten Funkverkehr koordiniert, benennt Funkbänder nach der Länge ihrer Wellen. Sie bezeichnet 3–30 Gigahertz als „Zentimeterwellen" und 30–300 Gigahertz als „Millimeterwellen". Bei 29,98 Gigahertz liegt eine 1-Zentimeter-Welle ganz am oberen Rand des Zentimeterwellenbands.

Größenvergleiche

Zwei 1-Zentimeter-Wellen, aneinandergereiht, ergäben etwas mehr als die Breite eines US-Pennys, der einen Durchmesser von 19 Millimetern hat.
Eine Standard-Glasmurmel mit einem Durchmesser von 1,6 Zentimetern ist etwa 1,6 Wellenlängen breit.
Mikrowellenherde verwenden Wellen von etwa 12 Zentimetern Länge, das 12-Fache der Länge dieser Welle.
Die längsten Wellen des sichtbaren Lichts, das rote Licht, sind etwa 700 Nanometer lang. Ein Nanometer ist ein Milliardstel Meter, sodass eine 1-Zentimeter-Mikrowelle etwa 14.000-mal so lang ist.

Wozu Mikrowellen genutzt werden

Ein Mikrowellenherd erzeugt seine Wellen mit einer Elektronenröhre, die Magnetron genannt wird. Die Wellen werden von den Metallwänden des Geräts reflektiert und durchdringen Glas, Papier und Kunststoff, werden jedoch vom Essen absorbiert. Sie bringen die Wassermoleküle im Essen zum Schwingen, und diese Bewegung erzeugt die Wärme, die es gart.

Mikrowellen übertragen außerdem Telefon- und Fernsehsignale, und Radaranlagen nutzen sie, um zu schnell fahrende Autos zu erfassen. Doppler-Wetterradare verfolgen damit Stürme, und die meisten Kommunikationssatelliten senden damit Signale zur Erde. In der Raumfahrtkommunikation werden Frequenzen von 27,5–30 Gigahertz mit Wellenlängen von 1,0–1,1 Zentimetern als 30-Gigahertz-Band bezeichnet.

Mikrowellen aus dem frühen Universum

1965 maßen Arno Penzias und Robert Wilson von den Bell Telephone Laboratories Radiorauschen mit einer 6 Meter langen Hornantenne in Holmdel, New Jersey. Bei einer Wellenlänge von 7,35 Zentimetern, etwa dem Siebenfachen der Welle im Explorer, empfingen sie mehr Rauschen, als sie erklären konnten. Es kam aus allen Richtungen des Himmels gleich stark.

Eine begleitende Veröffentlichung von Physikern der Princeton University lieferte eine Erklärung. Das Rauschen war die kosmische Mikrowellenhintergrundstrahlung: Licht, das freigesetzt wurde, als das Universum etwa 380.000 Jahre alt war. Es durchdringt bis heute das gesamte Universum. Penzias und Wilson erhielten gemeinsam den Nobelpreis für Physik 1978 „für die Entdeckung der kosmischen Mikrowellenhintergrundstrahlung".