ما هي موجات الراديو؟ وهل تستخدم ناسا نفس الموجات التي نستمع عبرها إلى أغنياتنا المفضلة؟

من الأغنية التي تستمتع إليها عبر راديو السيارة أو هاتفك، إلى اتصالات ناسا بأقمارها الاصطناعية خارج المجموعة الشمسية، تعد موجات الراديو شبكة الاتصال الكونية بين الأرض ومحيطها. فما هي موجات الراديو، ومَن اكتشفها وكيف تعمل، ولماذا؟

موجات الراديو هي نوعٌ من الإشعاع الكهرومغناطيسي التي يشيع استخدامها في تقنيات الاتصالات، مثل التلفزيون والهواتف المحمولة وأجهزة الراديو وحتى الأقمار الاصطناعية.

تستقبل تلك الأجهزة موجات الراديو وتُحوِّلها إلى اهتزازاتٍ ميكانيكيةٍ داخل مُكبِّر الصوت لتُشكِّل الموجات الصوتية.

موجات الراديو التي نعرفها جزء من طيف يمتد لما لا نهاية

يُعَدُّ طيف التردد الراديوي جزءاً صغيراً من الطيف الكهرومغناطيسي.

إذ ينقسم الطيف الكهرومغناطيسي في العموم إلى 7 نطاقاتٍ، من أجل تقليل طول الموجة وزيادة الطاقة والتردُّد، بحسب جامعة Rochester.

تشمل تلك النطاقات الموجات الراديوية والموجات الصغرية (microwave) والأشعة تحت الحمراء والطيف المرئي (الضوء الذي نراه) والأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية وأشعة غاما.

وتتمتَّع موجات الراديو بأطول طول موجةٍ في الطيف الكهرومغناطيسي، بحسب وكالة Nasa.

إذ يتراوح طول الموجة بين 0.04 إنش (1 مليمتر) إلى أكثر من 62 ميلاً (100 كيلومتر).

وتتمتَّع أيضاً بأقل الترددات، إذ تتراوح تردداتها بين 3,000 دورةٍ في الثانية (ثلاثة كيلوهرتز) و300 مليار هرتز (300 غيغاهرتز).

والطيف الراديوي هو مصدر محدودٌ يُشبَّه غالباً بالأراضي الزراعية.

وعلى غرار الطريقة التي يُنظِّم بها المزارعون أراضيهم للحصول على أفضل المحاصيل من ناحية الكم والتنوُّع، يجب تقسيم الطيف الراديوي بين المستخدمين بأكثر الطرق فاعليةً، وفقاً لما أوردته شبكة BBC.

وفي الولايات المتحدة، تُدير إدارة الاتصالات والمعلومات الوطنية بوزارة التجارة توزيع الترددات بطول الطيف الراديوي.

مَن اكتشف موجات الراديو؟

المكتبة الوطنية الاسكتلندية ذكرت أن جيمس كليرك ماكسويل، الفيزيائي الاسكتلندي الذي طوَّر نظريةً مُوَّحدةً للكهرومغناطيسية في سبعينيات القرن التاسع عشر، تنبَّأ بوجود الموجات الراديوية.

وطبَّق هاينريش هيرتز، الفيزيائي الألماني، نظريات ماكسويل لإنتاج واستقبال الموجات الراديوية في عام 1886.

واستخدم هيرتز أدواتٍ منزلية بسيطة، من بينها لفائف حراريةٌ وقارورة ليدن (وهي نموذجٌ أولي لمُكثِّف الكهرباء الذي يتكوَّن من قارورةٍ زجاجيةٍ ذات طبقاتٍ معدنيةٍ من الداخل والخارج) لتوليد موجاتٍ كهرومغناطيسية.

وأصبح هيرتز أول شخصٍ يُرسل ويستقبل موجاتٍ راديويةً مُتحكَّماً بها.

وأفادت الجمعية الأمريكية لتقدم العلوم بأن وحدة التردد داخل الموجة الكهرومغناطيسية -دورةٌ واحدةٌ لكل ثانية- سُمِّيَت "هرتز" تكريماً لهاينريش.

نطاقات الموجات الراديوية

تُقسِّم إدارة الاتصالات والمعلومات الوطنية الطيف الراديوي إلى 9 نطاقات:

 

النطاق	نطاق التردُّد	نطاق طول الموجة
تردُّد فائق الانخفاض	<3 كيلوهرتز	>100 كيلومتر
تردُّد جد منخفض	3 إلى 30 كيلوهرتز	10 إلى 100 كيلومتر
تردُّد منخفض	30 إلى 300 كيلوهرتز	1 متر إلى 10 كيلومتر
تردُّد مُتوسِّط	300 كيلوهرتز إلى 3 ميغاهرتز	100 متر إلى 1 كيلومتر
تردُّد عال	3 إلى 30 ميغاهرتز	10 إلى 100 متر
تردُّد جد عال	30 إلى 300 ميغاهرتز	1 إلى 10 متر
تردُّد فوق العالي	300 ميغاهرتز إلى 3 غيغاهرتز	10 سنتيمتر إلى 1 متر
تردُّد ما فوق العالي	3 إلى 30 غيغاهرتز	1 إلى 1 سنتيمتر
تردُّد فائق العلو	30 إلى 300 غيغاهرتز	1 مليمتر إلى 1 سنتيمتر

التردُّدات المنخفضة إلى المتوسطة وسر موجات AM

تتميَّز التردُّدات فائقة الانخفاض، أكثر الترددات الراديوية انخفاضاً بنطاقٍ طويلٍ يُساعد على اختراق المياه والصخور للتواصل مع الغوَّاصات وداخل المناجم والكهوف.

وذكرت مجموعة VLF Group البحثية بجامعة ستانفورد أن أقوى مصدرٍ طبيعي للترددات فائقة الانخفاض والترددات منخفضة جداً هو البرق.

إذ يُمكن للموجات الناتجة عن ضربات البرق أن تتردَّد ذهاباً وإياباً بين الأرض والغلاف الأيوني (وهي طبقة الغلاف الجوي التي تتمتَّع بتركيزٍ عالٍ من الأيونات والإلكترونات الحرة)، بحسب موقع Phys.org.

ويُمكن أن تُؤدِّي الاضطرابات البرقية إلى تشويه الإشارات الراديوية المهمة في طريقها إلى القمر الصناعي.

وتشمل الترددات المنخفضة والمتوسطة الراديو البحري وراديو الطيران، فضلاً عن البث الإذاعي AM (تضمين المطال)، بحسب موقع RF Page.

وتتراوح نطاقات البث الإذاعي AM بين 535 كيلوهرتز و1.7 ميغاهرتز، بحسب موقع How Stuff Works.

وتتميَّز إذاعات (AM) بطول نطاقها، وخاصةً في المساء حين تزداد جودة الغلاف الأيوني في كسر الموجات العائدة إلى الأرض.

لكنها تكون أكثر عرضةً للتداخل الذي يُؤثِّر على جودة الصوت.

وحين تُحظَر الإشارة جزئياً -بواسطة مبنى ذي جدرانٍ معدنيةٍ مثل ناطحات السحاب- ينخفض حجم الصوت وفقاً لذلك.

الموجات الأعلى.. موجات الراديو والهواتف والـGPS

تشمل التردُّدات العالية والعالية جدا وفوق العالية إذاعات الإف إم وصوت التلفزيون الإذاعي وإذاعات البث العام والهواتف الخلوية ونظام التموضع العالمي (GPS).

تستخدم تلك النطاقات "تضمين التردُّد" إف إم لتشفير أو تمييز إشارات الصوت أو البيانات على الموجات الناقلة.

وباستخدام تضمين التردد، تصل سعة الإشارة (حدَّها الأقصى) ثابتةً، في حين تتنوَّع التردُّدات عُلواً أو انخفاضاً بمُعدَّلٍ أو مِقدارٍ يتوافق مع إشارة الصوت أو البيانات.

وتتخطَّى جودة إذاعات الإف إم جودة البث الإذاعي AM، لأن العوامل البيئية لا تُؤثِّر على التردُّد بنفس تأثيرها على السعة، ويتجاهل جهاز الاستقبال تنوُّعات السعة بقدر ثبات الإشارة فوق الحد الأدنى.

وتقع تردُّدات إذاعات الإف إم بين 88 ميغاهرتز و108 ميغاهرتز بحسب موقع How Stuff Works.

إذاعات الموجة القصيرة.. يمكن التقاطها على بعد آلاف الأميال

تستخدم إذاعات الموجة القصيرة نطاق التردُّدات العالية، التي تتراوح بين 1.7 ميغاهرتز و30 ميغاهرتز، بحسب الرابطة الوطنية لإذاعات الموجة القصيرة.

وضمن هذا النطاق، ينقسم طيف الموجة القصيرة إلى عدة أقسام، يختص بعضها بمحطات الإذاعة العادية مثل إذاعة صوت أمريكا وإذاعة BBC وإذاعة صوت روسيا.

وفي جميع أنحاء العالم، هُناك المئات من إذاعات الموجة القصيرة، بحسب الرابطة الوطنية لإذاعات الموجة القصيرة.

ويُمكِن سماع إذاعات الموجة القصيرة على بُعد آلاف الأميال، لأن الإشارات تنطلق من الغلاف الأيوني وترتدُّ لمئات الآلاف من الأميال بعيداً عن نقطة المصدر.

أعلى التردُّدات.. الموجات المستخدمة في الرادارات

تُمثِّل التردُّدات ما فوق العالية والتردُّدات فائقة العلو أعلى التردُّدات في النطاقات الراديوية، وتُعَدُّ أحياناً جزءاً من النطاق الصغري.

وتميل الجزيئات الموجودة في الهواء إلى امتصاص تلك التردُّدات، مما يُحدِّد مداها وتطبيقاتها.

ورغم ذلك، تسمح أطوال موجاتها القصيرة للإشارات أن تُوجَّه في حزمٍ ضيقةٍ بواسطة هوائيات الأطباق المُكافئة (هوائيات أطباق الأقمار الصناعية).

ويسمح ذلك بحدوث اتصالاتٍ قصيرة المدى وعالية النطاق بين المواقع الثابتة.

ويُستخدم التردُّد ما فوق العالي، الذي يقِلُّ تأثُّره بالهواء عن التردُّدات فائقة العلو، للتطبيقات قصيرة المدى مثل الواي فاي والبلوتوث والناقل المتسلسل العام اللاسلكي (USB لاسلكي).

وتعمل التردُّدات ما فوق العالية في مساراتٍ تُوافِق خطوط الرؤية، إذ تميل الموجات للارتداد عن أشياءٍ مثل السيارات والقوارب والطائرات، بحسب موقع RF Page.

ولأن الموجات ترتدُّ عن الأشياء، يُمكن أن تُستخدم التردُّدات ما فوق العالية في أجهزة الرادار.

المصادر الفلكية.. التلسكوبات الراديوية تكشف النجوم الحقيقية من الزائفة

يَعجُّ الفضاء الخارجي بمصادرٍ للموجات الراديوية: النباتات والنجوم والغاز والسُّحُب الترابية والمجرَّات والنجوم النابضة والثقوب السوداء.

وبدراسة تلك المصادر، يستطيع علماء الفلك معرفة التكوين الحركي والكيميائي لتلك المصادر الكونية، فضلاً عن العمليات التي تُسبِّب تلك الانبعاثات.

و"يرى" التلسكوب الراديوي السماء بمنظورٍ مُختلفٍ عمّا تبدو عليه في الضوء المرئي.

وبدلاً من رؤية النجوم في صورة نقطة، يستطيع التلسكوب الراديوي رؤية النجوم النابضة البعيدة ومناطق تكوُّن النجوم وبقايا المستعمرات الأعظم.

وتستطيع التلسكوبات الراديوية اكتشاف النجوم الزائفة، التي تُعَدُّ اختصاراً لمصادر النجوم الزائفة الراديوية.

والنجم الزائف هو عبارةٌ عن جوهرٍ مجرّيٍّ ساطعٍ للغاية، ويستمد طاقته من الثقوب السوداء بالغة الضخامة.

وتُشِعُّ النجوم الزائفة طاقةً عريضةً في جميع أنحاء الطيف الكهرومغناطيسي، لكن الاسم يُستمد من حقيقة أن أولى النجوم الزائفة المُكتشَفَة لم يبعث سوى موجاتٍ راديوية.

والنجوم الزائفة هي نجومٌ نشطةٌ للغاية، إذ تبعث بعضها طاقة تُقدَّر بألف ضِعفٍ للطاقة التي تنبعث من مجرة درب التبانة بأكملها.

ويمزج علماء الفلك الراديوي عادةً التلسكوبات الصغيرة المُتنوعة أو أطباق الاستقبال داخل مصفوفةٍ من أجل تكوين صورةٍ راديويةٍ عالية الدقة والوضوح، بحسب جامعة فيينا.

ويتكوَّن تلسكوب "مصفوف المراصد العظيم Very Large Array" الراديوي في نيو ميكسيكو من 27 هوائياً مُنظَّماً في شكل حرف "Y" بالإنجليزية، ويصل عرضه إلى 22 ميلاً (36 كيلومتراً).