電波の窓のソースを表示

[[File:Atmospheric electromagnetic opacity ja.svg|thumb|423x423px|地球の大気の不透明度: 右側の不透明度の低い箇所が「電波の窓」]]
'''電波の窓'''（でんぱのまど、radio window）とは、[[地球の大気]]の{{仮リンク|不透明度|en|Opacity (optics)}}が低く[[電磁波]]が大気を通過して地表まで到達する[[大気の窓]]の一種で、[[電波]]の領域にあるもののことである。

[[第二次世界大戦]]ごろまでは、天体の観測には[[可視光線]]（[[可視光の窓]]）と[[近赤外線]]（{{仮リンク|赤外線の窓|en|Infrared window}}）しか使えなかった。[[電波望遠鏡]]が開発されたことによって電波の窓を使った観測が可能になり、[[天文学]]的に貴重なデータが観測できるようになった<ref>{{Cite book|last=Wilson|first=Thomas|url=http://www.worldcat.org/oclc/954868912|title=Tools of Radio Astronomy|last2=Rohlfs|first2=Kristen|last3=Huettemeister|first3=Susanne|publisher=[[Springer Science+Business Media|Springer-Verlag GmbH]]|year=2016|isbn=978-3-662-51732-1|location=Berlin|pages=1-2|language=English|oclc=954868912}}</ref>。

人工衛星においては、地上との通信に使用可能な周波数帯はこの電波の窓に含まれる周波数から選ばれる。地球表面の観測を目的とした[[合成開口レーダー]]（SAR）衛星では使用する周波数帯における観測対象の反射特性のほかに大気の減衰が十分小さいかを考慮する必要がある。

== 範囲 ==
一般的に電波の窓の範囲は、下限周波数が約15[[メガヘルツ]]（波長約20[[メートル]]）、上限周波数が約1[[テラヘルツ]]（波長約300[[マイクロメートル]]）とされる<ref>{{Cite book|last=Snell|first=Ronald Lee|url=http://www.worldcat.org/oclc/1055263892|title=Fundamentals of radio astronomy: astrophysics|last2=Kurtz|first2=Stanley|last3=Marr|first3=Jonathan M|date=|publisher=[[CRC Press]]|year=2019|isbn=978-1-4987-2577-4|pages=1|language=English|oclc=1055263892}}</ref><ref>{{Cite web|title=1 Introduction‣ Essential Radio Astronomy|url=https://www.cv.nrao.edu/~sransom/web/Ch1.html|access-date=2021-12-27|website=www.cv.nrao.edu}}</ref>。

=== 範囲に影響する要因 ===
電波の窓の下限と上限の周波数は固定ではなく、様々な要因で変化する。

==== 中間赤外線の吸収 ====
電波の窓の上限周波数には、[[酸素]](O<sub>2</sub>)、[[二酸化炭素]](CO<sub>2</sub>)、[[水]](H<sub>2</sub>O)などの大気中の分子の[[振動準位|振動遷移]]が影響しており、そのエネルギーは[[赤外線#中赤外線|中間赤外線]]の[[光子]]のエネルギーに相当する。これらの分子により、中間赤外線は地表に到達するまでにほとんど吸収される<ref>{{Cite book|last=Liou|first=Kuo-Nan|url=https://doi.org/10.1017/CBO9781139030052|title=Light scattering by ice crystals: fundamentals and applications|last2=Yang|first2=Ping|last3=Takano|first3=Yoshihide|date=2016|publisher=[[Cambridge University Press]]|isbn=978-1-139-03005-2|pages=251|language=English|oclc=958454932}}</ref><ref>{{Cite book|last=Ritchie|first=Grant|url=http://www.worldcat.org/oclc/957339640|title=Atmospheric chemistry: from the surface to the stratosphere|date=|publisher=[[World Scientific]]|year=2017|isbn=978-1-78634-175-4|pages=68|language=English|oclc=957339640}}</ref>。

==== 電離層 ====
電波の窓の下限周波数には、[[電離層]]が影響する。電離層により約30メガヘルツ以下（波長10メートル以上）の電波は屈折する<ref>{{Cite book|last=Anderson|first=John B.|url=http://www.worldcat.org/oclc/56103934|title=Understanding information transmission|last2=Johannesson|first2=Rolf|date=|publisher=[[IEEE Press]], [[Wiley-Interscience]]|year=2005|isbn=978-0-471-67910-3|location=Piscataway, NJ; Hoboken, NJ|pages=110|language=English|oclc=56103934}}</ref>。10メガヘルツ以下（波長30メートル以上）の電波は宇宙空間に反射される<ref>{{Cite book|last=Torge|first=Wolfgang|url=http://www.worldcat.org/oclc/987088700|title=Geodesy|last2=Müller|first2=Jürgen|date=|publisher=[[De Gruyter]]|year=2012|isbn=978-3-11-020718-7|location=Berlin|pages=121|language=English|oclc=987088700}}</ref>。下限の周波数は電離層の自由[[電子]]の密度に比例し、次式で与えられる[[プラズマ振動|プラズマ周波数]]と一致する。
<math>f_p=9\sqrt{N_e}</math>
ここで、<math>f_p</math>はプラズマ周波数（単位[[ヘルツ]]）、<math>N_e</math>は1[[立方メートル]]あたりの電子の密度である。<math>N_e</math>は太陽光に大きく依存するため、日中と夜間で値が大きく変わる。日中は電子密度が低くなって電波の窓の下限周波数が下がり、夜間は電子密度が高くなって電波の窓の下限周波数が上がる。ただし、これは太陽の活動状況や地理的な位置にも依存する<ref>{{Cite book|last=Warnick|first=Karl F.|url=http://www.worldcat.org/oclc/1032582026|title=Phased arrays for radio astronomy, remote sensing and satellite communications|last2=Maaskant|first2=Rob|last3=Ivashina|first3=Marianna V.|date=|publisher=[[Cambridge University Press]]|year=2018|isbn=978-1-108-42392-2|pages=5|language=English|oclc=1032582026}}</ref>。

==== 対流圏 ====
[[File:The Atacama Large Millimeter submillimeter Array (ALMA) by night under the Magellanic Clouds.jpg|thumb|318x318px|[[チリ]]・[[アタカマ砂漠]]の標高5千メートルの地点に建設された[[アタカマ大型ミリ波サブミリ波干渉計]]]]
[[天体]]は高い周波数帯でより強い[[スペクトル線]]を出すため、電波望遠鏡による観測は、電波の窓の上限周波数ぎりぎりの1テラヘルツ付近まで行われる<ref name=":0">{{Cite book|last=Wilson|first=Thomas|url=http://www.worldcat.org/oclc/954868912|title=Tools of Radio Astronomy|last2=Rohlfs|first2=Kristen|last3=Huettemeister|first3=Susanne|last4=|date=|publisher=[[Springer Science+Business Media|Springer-Verlag GmbH]]|year=2016|isbn=978-3-662-51732-1|pages=4|language=English|oclc=954868912}}</ref>。[[対流圏]]の大気中の水蒸気は、22.3[[ギガヘルツ]]（波長1.32センチメートル）、183.3ギガヘルツ（波長1.64ミリメートル）、323.8ギガヘルツ（波長0.93ミリメートル） の電磁波を[[吸光]]するため、電波の窓の上限周波数に大きく影響する。同様に、大気中の酸素の吸光周波数である60ギガヘルツ（波長5.00ミリメートル）、118.74ギガヘルツ（波長2.52ミリメートル）も上限周波数に影響を与える<ref>{{Cite book|last=Otung|first=Ifiok|url=http://www.worldcat.org/oclc/1225565245|title=Communication engineering principles|date=|publisher=[[Wiley (publisher)|Wiley]]|year=2021|isbn=978-1-119-27402-5|pages=390|language=English|oclc=1225565245}}</ref>。水蒸気の影響を低くするため、多くの電波望遠鏡は乾燥した気候の高地に建設されている<ref>{{Cite book|last=Karttunen|first=Hannu|url=http://www.worldcat.org/oclc/860603182|title=Fundamental astronomy|date=|publisher=[[Springer Science+Business Media|Springer-verlag]]|year=2007|isbn=978-3-540-34143-7|location=Berlin|pages=72|language=English|oclc=860603182}}</ref>。しかし、酸素の影響を避けることはほとんどできない<ref>{{Cite book|url=http://www.worldcat.org/oclc/25175353|title=Conference Proceedings|date=|publisher=[[IEEE]]|year=1990|isbn=978-0-87942-557-9|pages=241|language=en}}</ref>。

==== 電波干渉 ====
地球上で発せられる、様々な用途の電波による[[電波障害|干渉]]は、電波の窓による観測に大きな影響を与える<ref>{{Cite book|last=McNally|first=Derek|url=http://www.worldcat.org/oclc/29359179|title=The vanishing universe: adverse environmental impacts on astronomy: proceedings of the conference sponsored by Unesco|date=|publisher=[[Cambridge University Press]]|year=1994|isbn=978-0-521-45020-1|editor-last=McNally|editor-first=Derek|location=Cambridge; New York|pages=93|language=English|oclc=29359179|editor-last2=Unesco}}</ref>。

== 衛星通信 ==
[[通信衛星]]による衛星通信には、電波の窓の透過率のピークがある 1 - 10 GHz の周波数帯の電磁波が使用される。雑音が少ないため、衛星通信にはこの帯域が適しているとされる。一方、通信容量の増大を受けて、より高い10 GHz以上の帯域も使用されるようになっている<ref name="kb1">{{Cite Kotobank|word=無線通信 |author=坪井了、三木哲也 |encyclopedia=日本大百科全書 |publisher=小学館 |hash=#w-1599320 |access-date=2025-01-26 }}</ref>{{Sfn|喜連川|1990|pp=4-5,16}}。

== 脚注 ==
{{脚注ヘルプ}}
=== 出典 ===
{{Reflist}}

== 参考文献 ==
* {{Cite magazine|和書|author=喜連川隆 |title=衛星通信用アンテナの進歩 |pages=3-47 |magazine=季刊国際衛星通信時代 |publisher=国際衛星通信協会 |volume=22 |year=1990 |month=12 |issn=0911-6850 |id={{NDLJP|2236322}} |ref={{SfnRef|喜連川|1990}} }}

== 関連項目 ==
*[[電波天文学]]
*[[可視光の窓]]
*{{仮リンク|赤外線の窓|en|Infrared window}}
*[[電波伝播]]

{{DEFAULTSORT:てんはのまと}}
[[Category:電波天文学]]
[[Category:天文学に関する記事]]
[[Category:衛星通信]]
[[Category:周波数帯]]