Frekans ve Elektromanyetik Tayf Konusu

Yaz tatili ile birlikte kendinize biraz daha zaman ayırabildiğinizi, yorucu sınav stresinden uzaklaşıp Güneşin tadını çıkardığınızı umuyorum. Gerçi siz Güneş’e bakarken herkes gibi sadece sıcaklık ve parlaklığına bakmıyorsunuzdur. Malum o sizin için sadece bir ışık kaynağı değil, aynı zamanda bir gözlem hedefi. Aslında bunun güzel yanları da var. İlgi duyduğunuz bir şeyi sürekli olarak çıplak gözle de görebiliyor ve sıcaklığını hissedebiliyorsunuz. Burada doğrudan konulara girmeden biraz sohbet edelim istedim.

Radyo astronominin optik gözlemden farklı olduğunu hepimiz biliyoruz. Bu nedenle ileri düzeyde olmasa da, ortak bir dil birliği için bazı teknik konularda bilgi sahibi olmanız yararınıza olacaktır. Uygulamalardan önce size radyo dalgaları, bandlar vb. konularında bazı bilgileri aktarmak mutlaka fayda sağlayacaktır.

Elektronik ve radyo frekans çok geniş, üzerinde saatlerce konuşulabilecek bir konudur. Sadece antenler bile neredeyse başlı başına bir muamma sayılabilecek kadar geniş bir alana yayılmış durumda. Bu nedenle elimden geldiğince basit ve anlaşılır tarzda anlatmaya çalışacağım.

USA.NM. Very Large Array (Image Source: Wikipedia)

Resim: USA. NM. Very Large Array

Gelelim konumuza. Radyo astronomi gözlemlerinin optik gözlemden teknik anlamda farklı olduğunu belirtmiştim. Peki nedir bu fark? Dilerseniz konuya buradan girelim ve bilindik görünür ışıkla devam edelim…

Örnek: Optik gözlemde bir gökcismine baktığımızı varsayalım. Gördüğümüz o görüntü bize nasıl ulaşıyor? Tabiî ki kendi bir enerji yaymıyorsa ancak başka bir kaynağın ışığının yansıması sayesinde. Bunlar ise bize çok uzak mesafelerden gelen görünür ışınlar.

Öyle uzak ki, Güneşe baktığımızda anlık gördüğümüzü sandığımız o anlık görüntü bile aslında ortalama (8) dakika öncesine ait. Çünkü ışınlar bize ancak bu sürede gelebiliyor. Arada geçen zamanı ve ışığın saatte 300.000 Km/Saniye hızında geldiğini düşününce, bilindik en büyük hız olan ışık hızının bile ne kadar yavaş kaldığını kolayca fark edebiliyorsunuz.

Peki ya elektronik dalgalar? Farklı bir örnek verelim. Genel kuramda ışık ve elektromanyetik dalgaların hızı eş değer kabul edilmektedir. Büyük hıza ve teknolojiye rağmen, Güneş’te oturan bir arkadaşımızla bir telefonla ya da telsizle konuşmak gerçekten çekilmez hale gelebilirdi.

Şöyle; diyelim ki arkadaşınızı özlediniz ve ona Dünya’dan telefon açıyorsunuz, (8) dakika sonra sizin sesinizi alıyor, cevap verdiği anda aynı mesafe yeniden kat ediliyor. Bu da sizin onun sesini almanız arasında geçen süreyi toplamda (16) dakikaya çıkarıyor.

Bir “alo” için kimse (16) dakikalık telefon faturası ödemezdi herhalde. Bir de arkadaşınız kekeme ise bittiniz. Diyeceğim o ki ışık ve radyo manyetik ışınların bu anlamda birbirinden pek bir farkı yok.

Güneş’i çıplak gözle de görebiliyoruz, ısısını tenimizde hissedebiliyoruz. Peki başka? Oysaki Güneş aynı zamanda radyo sinyalleri de yayıyor. Yeri gelmişken bir kavrama da açıklık getirelim. Radyo frekansı (RF) ya da makalelerde geçen “radyo” kelimesi aslında bir anlamda radyasyon ışıması ve bilindik radyo anlamında kullanılmamaktadır.

Peki, nasıl oluyor da biz bu dalgaları göremiyoruz?

Emin olun ki çok şanslı canlılarız. Eğer yaklaşık 250 mega piksel çözünürlüklü gözlerimiz etrafımızdaki radyo dalgalarını görebilseydi eminim kimse bunu istemezdi. Suya bir taş attığımızda çıkan dalgaları gözünüzün önüne getirin. Bunun gibi milyarlarca manyetik alan dalgası her yeri sarmış vaziyette olacaktı. Tepenizdeki aydınlatmalar, bilgisayar kasanız, ekranınız, cep telefonunuz, evdeki tüm elektrikli aletler, sokaktaki tüm elektronik devreler, radyo ve televizyonlar, telsizler derken bunlar yetmiyormuş gibi doğadaki elektromanyetik oluşumlar ve Dünya dışından gelen sinyaller…

Fiziki bir engel olmasalardı bile göreceklerimizden ürkerdik. Mesela telsizinizi açtınız ve mandala bastınız. Antenden çıkan radyo dalgası ışınımını sürekli kabaran bir hamur gibi gördüğünüzü düşünün. Her yer ışınlarınla kaplanmış olacaktı. Bunu gerçekten görmek ya da böyle detaylı bir göze sahip olmak ister miydiniz? Şahsen istemezdim ve şuan ben halimden memnunum.

Güneş örneğine dönelim. Görüyoruz, ısısını hissedebiliyoruz. Fakat arada akan enerjiyi nedense göremiyoruz. Peki buradaki olay ne?

Aslında yine bunu radyo konusundaki örneğe benzetebiliriz. Sizden uzak bir yerde bir radyo istasyonu yayın yapar, el radyonuz da bu sinyali alır ve duyulabilir hale getirir. Bu durumda Güneş bir radyo vericisi, siz de bir radyo alıcısı konumunda sayılırsınız. Aynı şekilde radyo dinlerken de aradaki iletim hattını göremezsiniz. Ancak radyonun sinyali sese çevirdiği gibi bedeninizde bir anlamda ışınımı bir ısıl enerjiye çevrilmektedir.

Yukarıdaki örneklerde geçen iletim görünmezliğinin sırrı ise gerçek anlamda söz konusu ışınımın dalga boyunun farklı olmasında saklı. Bildiğimiz ışığı da aslında belli bir dalga boyunda (görünebilir ışık) olduğu için görebiliyoruz. Bu sınırın altında ve üzerinde olan frekans ışımalarını ise gözümüzle göremiyoruz. Tüm mesele kabaca bundan ibaret.Görünür ışık bilimsel olarak şöyle tanımlanmakta.

“Görünür ışık veya görünür izge, elektromanyetik tayfın insan gözü tarafından saptanabilen aralığıdır. Bu dalgaboyu aralığına kısaca görünür ışık veya sadece ışık da denmektedir. Aralığın sınırları tam olarak belirlenmemiş olmakla birlikte, ortalama bir insan, 400 ile 700 nm arasındaki dalga boylarını saptayabilir. Titreşim sayısı olarak, bu aralık 450-750 terahertze eşdeğerdir.”

Bu tanıma baktığımızda bizim bilmemiz gereken görünen ışık da dahil tüm bunların belli bir frekansı ve değerleri olduğudur.

Konunun daha iyi anlaşılabilmesi için aşağıdaki görseli incelemekte fayda var. Tüm bu ışıma aralığı bilim dünyasında bir sınıflandırmaya tabi tutulmuş ve ortaya çıkar resme de Elektromanyetik tayf veya elektromanyetik spektrum (EMS) adı verilmiştir.

Elektromanyetik tayf veya elektromanyetik spektrum (EMS)

Tanımına bakacak olursak;

“Elektromanyetik tayf veya elektromanyetik spektrum (EMS), evrenin herhangi bir yerinde fizik kurallarınca mümkün kılınan tüm elektromanyetik radyasyonu ve farklı ışınım türevlerinin dalga boyları veya frekanslarına göre bu tayftaki rölatif yerlerini ifade eden kavramdır.

Herhangi bir cismin elektromanyetik tayfı veya spektrumu, o cisim tarafından çevresine yayılan karakteristik net elektromanyetik radyasyonu tabir eder”

Resimde görünür ışık frekans ve dalga boyunun nerede olduğunu kolayca görebilirsiniz. İnsan gözünün algılayabildiği tek radyasyon tipi olan görünür ışık elektromanyetik tayfta çok ince bir aralık bandında bulunmaktadır. Başlıca elektromanyetik tayf bantları ve yaklaşık sayısal değerleri ise şöyledir.

Sınıf Frekans (f) Dalgaboyu (λ) Açıklama

Y 300 EHz – 30 EHz 1 pm – 10 pm     Gama ışınları
HX 30 EHz – 3 EHz    10 pm – 100 pm   Sert X-ışınları
SX 3 EHz – 30 PHz    100 pm – 10 nm Yumuşak X-ışınları
EUV 30 PHz – 3 PHz    10 nm – 100 nm Uzak morötesi
NUV 3 PHz – 300 THz   100 nm – 1 μm Yakın morötesiVIS* Görünür ışık aralığıNIR 300 THz – 30 THz 1 μm – 10 μm Yakın kızılötesi
MIR 30 THz – 3 THz    10 μm – 100 μm Orta kızılötesi
FIR 3 THz – 300 GHz   100 μm – 1 mm Uzak kızılötesi
EHF 300 GHz – 30 GHz 1 mm – 1 cm Aşırı yüksek frekans (Dev çanaklarla Radyo Astronomi gözlemleri)
SHF 30 GHz – 3 GHz    1 cm – 1 dm Süper yüksek frekans
UHF     3 GHz – 300 MHz   1 dm – 1 m Ultra yüksek frekans
VHF     300 MHz – 30 MHz 1 m – 10 m Çok yüksek frekans
HF      30 MHz – 3 MHz    10 m – 100 m Yüksek frekans
MF 3 MHz – 300 kHz   100 m – 1 km Orta frekans
LF 300 kHz – 30 kHz 1 km – 10 km Alçak frekans
VLF     30 kHz – 3 kHz    10 km – 100 km Çok alçak frekans
VF/ULF 3 kHz – 300 Hz    100 km – 1 Mm Ses frekansı
SLF 300 Hz – 30 Hz    1 Mm – 10 Mm Süper alçak frekans
ELF 30 Hz – 3 Hz      10 Mm – 100 Mm Aşırı alçak frekans

Işığın da aslında bir radyosyon enerjisi olduğunu anlamış bulunmaktayız. Küçük bir bilgi daha verelim. Yukarıdaki tabloya göz atacak olursak, amatör telsiz haberleşmesinde telsiz sistemlerimizde bizim en çok kullandığımız frekans sınıfı; VHF, UHF ve HF’tir. VHF ve UHF’yi görece yakın (rölesiz arazi şartlarına göre 70-100 Km.) mesafelerde, HF’i ise çok daha uzak (İyonosferin durumuna göre 1.500-2.000 Km.) mesafelerde haberleşmek için kullanırız. İstanbul Teknik Üniversitesi (İTÜ)‘nün ilk uydusu olan ITUPSAT1‘de 720 Km. yükseklikteki yörüngesinden çok daha düşük bir güçte sinyal gönderdiği UHFbandında 437.325 MHz. frekansından radyo amatörlerince izlenmektedir.

Aklınızda kalması için 1 MHz. Değenini neye tekamül ettiğini de küçük bir örnekleme ile açıklayalım.

1 MHz demek;
0.001 Gigahertz ya da
1000 Kilohertz ya da
1.000.000 Hertz anlamındadır.

(Bunu bilgisayarınızdaki Gigabayt, Megabayt, Kilobayt ve bayt değeri, ya da groston, ton, kilogram ve gram değerlerinin birbirine oranına da benzetebilirsiniz.)

Listenin tamamını ezberlemenize gerek yok. SLF ileSHF arasındaki frekans sınıfının kısaltmalarını ve anlamlarını bilmeniz şimdilik kâfi. VLF konusuna ise bir sonraki yazıda değineceğim.

Yeryüzünde olmamızın bazı dezavantajları da yok değil. Malum atmosferin etkisi ve meteorolojik şartlar optik gözlemleri de etkilemekte. Radyo gözlemde ise meteorolojik şartlar çok etkili olmasa da atmosferin elektromanyetik dalgaların tümünü geçirmemesi her gözlemin yerden yapılmasına olanak sağlamamaktadır. Ancak hemen atmosferimizi bunun için kötülememek gerek.

Aslında bizim için çok önemli bir görev üslenmiş durumda. Eğer o olmasaydı belki çok daha geniş bir alanda radyo gözlemini yerden yapabilirdik ancak; insanoğlu için çok zararlı ve öldürücü etkisi olan Gama, X ve Morötesiışınlara da maruz akılırdık. Bu şuna benzer. Korumasız bir ortamda bir röntgen cihazının altında yaşamak!

Bu konuyu en iyisi uydu gözlemlerine bırakmak ve yapılabilecek en uygun gözlem frekansını kendimize seçmek daha doğru. Şimdi diyeceksiniz ki “görünür ışık ile bir şey yapamıyoruz, üst kısım yoğun radyasyon zararlı, ancak uydulardan gözlenir.

Resim: Dünya Atmosferinin geçirgenliği.

Bir sonraki yazıda görüşmek esenlikler diliyorum.

Kaynaklar:
http://www.wikimedia.org
http://usl.itu.edu.tr/tr/index.ph p