电子学/频谱
此页面涵盖电磁波谱。
- 波是一种振动，如果在平面上使用笛卡尔坐标系表示，看起来像正弦波，x 轴是时间，y 轴是振幅。振幅是波在一个给定周期内的变化，峰值是波的最高点。两个峰值之间的距离是波长。周期是波长经过空间中一点所花费的时间。频率是一秒钟内经过的波的个数。
- 黑体 - 一个吸收所有辐射并在特定频率下发射辐射的空腔。
- 谐振腔 - 一个允许特定频率的驻波存在的空腔。
当两个物体相互碰撞时，就会发出声音。声波是纵波。声波受温度和大气压力的影响。
在水中，由于粒子更加压缩，所以声波传播得更快。在空气中，声波压力会形成稀疏和压缩的空气柱。
DB 刻度用于测量声音的压力。
- 0 dB 表示正常无声音。
- 20 dB 表示正常无声音放大。
- 40 dB 表示正常双倍声音放大。
| dB | 声音 |
|---|---|
| 30 | 耳语 |
| 120 | 喷气发动机 |
低于 20 Hz 的声音被称为次声波，人类耳朵无法听到。
声音在地球上传播，因此可以用来探测核爆炸，并使鲸鱼能够在 10,000 英里外进行交流（声波通道）。
强度可能大于 120 dB，但人无法听到。与雪崩、地震、火山、流星、地球呻吟、摇滚音乐会和管风琴有关。增强情绪。
次声波对社会产生了一些非常扭曲的影响。
在地球上传播的声音
强度通常大于 120 dB。
如果能听到，就像喷气发动机或枪声一样，是一个巨大的隆隆声。
在摇滚音乐会上，他们播放次声波。这增强了情绪。这可能是人们播放大声音乐的一个原因。
对管风琴的吸引力。
此外，地球也呻吟。有人知道地球哭喊的神话意义吗？
鲸鱼利用它来交流，因为波浪可以传播 10,000 英里。
次声波似乎会增强情绪，使人感到紧张，因此与闹鬼的房子等超自然现象有关。由于人们对死者有感情，会去他们死的地方，当你把它和次声波结合在一起，次声波与寒意有关，这是否是对鬼魂的解释？
次声波的奇怪用途之一是将一个产生次声波的古老房间与改变思维的药物结合起来，以诱发幻觉和离体体验。
可听声是人耳可以感知的声音。可听声是指频率在 20-20,000 Hz 范围内的声音。
人声
- 人声 (20-100)-20,000 Hz
- 老年人听力 20-15,000 Hz
计算机声音格式
- MP3 最高 16 kHz
- Ogg, AAC 最高 20 kHz
动物声音
- 声纳 50 kHz, 192-200 kHz
- 海豚 1-164 kHz
- 蝙蝠 20 - 115 kHz
- 鲸鱼 30-8000 Hz
音乐
- 音乐 20 Hz - 20000 Hz
电话
- 电话 200-2000 Hz
高于 20 kHz 的声音被称为超声波。人听不见，但狗和海豚可以听到。
光子由黑体发射。谈谈光子的能量以及它们能穿透多远。
受国际电信联盟的管理。在美国，这些频段的分配由联邦标准 1037C 和 MIL-STD-188 管理。
VLA 望远镜阵列可以解析 8,xxx Hz 的 λ。
强度单位
- 美国海军使用 ELF 与潜艇进行通信。海水的极高电导率使潜艇免受大多数电磁通信的影响。然而，ELF 频率范围内的信号可以穿透得更深。大多数 ELF 通信的低传输速率限制了它们作为通信通道的使用；通常，ELF 信号用于请求潜艇浮出水面并启动其他形式的联系。
- 在 ELF 频率范围内广播时遇到的一个困难是天线尺寸。为了使用 ELF 频率进行国际广播，需要一个非常大的天线。美国在威斯康星州和密歇根州设有两个站点。这两个站点都使用长电力线作为天线，多股线长 14 到 28 英里。ELF 会产生和发射大量的能量，并且人们对这种信号可能产生的生态影响有一些担忧。
- 另见：TACAMO，HAARP，首字母缩略词列表。
- 从 7.8 Hz 开始，是舒曼共振，这是由于地球表面和电离层之间的空间造成的。它充当一个由闪电产生的能量驱动的谐振腔。Serial Experiments Lain 的想法是，舒曼共振可以作为集体意识的载体。
- 语音频段。用于传输语音。分配给电话。语音频率范围为 300-3400 Hz。单个语音频率分配 4 kHz，包括保护频带。
- 极低频或 VLF 指的是 3 - 30 kHz 范围内的无线电频率 (RF)。由于这个频段的频谱空间不多，所以只使用最简单的信号，比如无线电导航。在这个频段可以听到许多自然无线电发射，比如哨声。
- 由于超长波可以穿透水深达 20 米，因此它们被用来与潜艇通信。
- 闪电会产生被称为“哨声”的低频无线电波。从木星接收到的哨声表明那里存在闪电。
- 黎明合唱是一种无法解释的电磁现象，通常发生在日出时或日出后不久，它（使用合适的无线电设备）听起来像一大群鸟在鸣叫。据认为，这是由被困在地球磁层范艾伦辐射带中的高能电子造成的，它们以可听见的无线电波的形式落到地球表面。黎明合唱在磁暴期间出现的频率更高。
- 这种现象也发生在极光期间，被称为极光合唱。
- 低频或 LF（有时称为长波）是指 30-300 kHz 范围内的无线电频率 (RF)。在欧洲，LF 频谱的一部分用于 AM 广播服务。在西半球，它的主要用途是用于飞机信标、导航、信息和气象系统。
- 穿过电离层
- 可以穿透海洋达 200 米
- 长波在欧洲、非洲和亚洲是 144 - 351 kHz。在美洲，这个频段是为航空导航保留的。
- 长波无线电频率低于 500 kHz，对应于波长大于 600 米的无线电波。它们具有跟随地球曲率传播的特性，使其成为洲际持续通信的理想选择。与短波无线电不同，长波信号不会使用电离层反射或折射，因此相位引起的衰落较少。
- 在欧洲、北非和亚洲，153 到 281 kHz 之间的长波无线电频率用于国内和国际广播。在美洲，200 到 430 kHz 之间的频率用于非定向无线电信标。
- 60 kHz 的频率被美国、德国、英国和日本等几个国家用于极其精确的时间和频率信号。自 2000 年左右以来销售的许多商用电器都配备了 VLF 接收器，能够接收这些信号，这些信号比中波或短波信号更有效地穿透室内。
- 低于 50 kHz 的无线电信号能够穿透海洋深度约 200 米。美国、俄罗斯、英国、瑞典和印度海军在这个频率范围内与潜艇进行通信。
- 长波发射天线占用大量空间，由于人们担心靠近高功率无线电波，因此在美国和欧洲引起了争议。
- (AM) 调幅无线电是 530 - 1,700 kHz。也称为中波。在 1900 年代到 1960 年代很流行。
- AM 无线电技术比其他类型的无线电（如 FM 无线电和 DAB）更简单。AM 接收机检测无线电波的功率，并放大功率测量值的变化以驱动扬声器或耳机。最早的晶体管无线电接收机就采用了这种原理。
- 在第一次世界大战之前，AM 无线电被用于小规模的语音和音乐广播。在接下来的十年中，AM 无线电的使用量大幅增加。1920 年代，第一批商业无线电服务开始在 AM 频段上进行广播。在“无线电黄金时代”，无线电节目蓬勃发展。戏剧、喜剧和所有其他形式的娱乐节目都被制作出来，以及新闻和音乐的广播。
- 中波是目前商业广播中最常用的频段；这就是大多数人所熟悉的“AM 无线电”。
- 对于长波和中波频段，波长足够长，以至于无线电波可以通过地面波传播绕过地球的曲线，从而使 AM 无线电，特别是长波和中波在夜间具有很长的传输距离。
- 短波用于旨在被远离发射台很远的地方收听到的无线电服务；短波广播的远距离传输是以较低的音频保真度为代价的。短波的传播方式不同，请参见高频。AM 主要用于广播用途 - 其他短波用户可能会使用 AM 的修改版本，例如 SSB 或 AM 兼容的 SSB 版本，例如带有载波恢复的 SSB。
- 广播频段之间的频率用于其他形式的无线电通信，例如婴儿监视器、对讲机、无绳电话、无线电遥控、业余无线电等。
- 高频 (HF) 无线电频率介于 3 到 30 MHz 之间。这个范围通常被称为短波。
- 短波是 1,700 - 30,000 kHz，分为 14/15 个“广播频段”。
- 由于电离层通常能很好地反射 HF 无线电波，因此该范围被广泛用于中远程陆地无线电通信。然而，该频谱部分的适用性因多种因素的复杂组合而有很大差异。
* Sunlight/darkness at site of transmission and reception * Transmitter/receiver proximity to terminator * Season * Sunspot cycle * Solar activity * Polar aurora * Maximum usable frequency * Lowest usable frequency * Frequency of operation within the HF range
- HF 通常用于连续波莫尔斯电码传输。
- 另见：VHF、AM 无线电、无线电传播
- 短波无线电工作在 3000 kHz 到 30 MHz（30,000 kHz）的频率之间，在无线电早期被称为短波，因为与该频率范围相关的波长比当时常用的波长更短。另一个名称是 HF，即高频。
- 短波长与高频相关，因为频率和波长之间存在反比关系。
- 短波频率能够通过反射电离层信号到达地球的另一端。选择用于到达目标区域的频率取决于几个因素。
* The distance from the transmitter to the target receiver * Time of day. During the day, higher shortwave frequencies (> 10 MHz) can travel longer distances than lower; at night, this : property is reversed. * Season of the year. * Solar conditions, including the number of sunspots, solar flares, and overall solar activity. Solar flares can prevent the : ionosphere from reflecting or refracting radio waves.
- 短波无线电频段的一些主要用户包括
* Domestic broadcasting in countries with a widely dispersed population with few longwave, mediumwave or FM stations serving them * International broadcasting to foreign audiences * Utility stations transmitting messages not intended for a general public, such as aircraft flying between continents, encoded or ciphered diplomatic messages, weather reporting, or ships at sea * Amateur radio operators * Time signal stations
- 亚太电信联盟估计，2002 年大约有 6 亿台短波无线电接收机在使用。
- 世界无线电通信大会 (WRC) 在国际电信联盟的 auspices 下组织，每隔几年举行一次会议，为各种服务分配频段。下一届 WRC 预计将在 2007 年举行。在 1997 年的世界无线电管理大会 (WARC) 上，以下频段分配给了国际广播公司
5,900-5,950 kHz 7,300-7,350 kHz (7,100-7,350 kHz outside of the Americas) 9,400-9,500 kHz 11,600-11,650 kHz 12,050-12,100 kHz 13,570-13,600 kHz 13,800-13,870 kHz 15,600-15,800 kHz 17,480-17,550 kHz 18,900-19,020 kHz
- 短波广播频道以 5 kHz 的间隔分配。然而，国际广播公司可能会在 WARC 分配的正常频段之外进行广播，或者使用非频道频率来吸引拥挤频段中的注意力。
- 短波发射机使用的功率范围从一些实验性传输的不到一瓦到洲际广播的 500 千瓦甚至更高。短波发射中心通常使用专门的天线设计将无线电能量集中到目标区域的方向。
目录 [显示/隐藏] 1 国际广播 2 业余无线电 3 短波收听 4 数字电台
5 短波无线电：未来 1 短波广播和音乐
国际广播
有关向国外观众广播的历史和实践的详细信息，请参见国际广播。
业余无线电
获得用于非商业目的的短波无线电发射机的操作权限，对获得许可的业余无线电爱好者开放。在美国，他们由联邦通信委员会 (FCC) 颁发许可证。美国公民不需要许可证即可拥有或操作短波接收机。最近，FCC 增加了一种业余无线电许可证，该许可证不需要任何莫尔斯电码知识，使初学者更容易参与进来；但是，在短波频段上进行操作需要掌握莫尔斯电码知识。
业余无线电操作员在无线电领域取得了许多技术进步，并在正常通信通道失效时提供紧急通信。一些业余无线电爱好者练习在没有电网的情况下操作，以便为停电做好准备。
短波收听
许多爱好者在没有操作发射机的情况下收听短波广播。在许多情况下，目标是从尽可能多的国家获得尽可能多的电台（DXing）；另一些人收听专门的短波公用事业或“ute”传输，例如海事、海军、航空或军事信号。其他人则关注情报信号。
短波收听者或 SWL 可以从广播公司或公用事业台获得“QSL”卡片作为这项爱好的战利品。
数字电台
数字电台是来源不明的短波无线电台，它们广播数字、单词或语音的流。虽然官方没有表明它们的来源，但无线电爱好者已经确定，其中许多电台被情报机构用作与其他国家特工的一对一通信。
短波无线电：未来
卫星直接广播的发展降低了对短波接收机的需求，但仍有大量的短波广播公司。一项新的数字无线电技术，数字无线电蒙德，有望将短波音频的质量从非常差提高到与 FM 广播频段相当的标准。短波无线电的未来受到电力线通信 (PLC) 兴起的威胁，电力线通信是指在无屏蔽电力线上传输数据流。由于使用的频率与短波频段重叠，严重的失真使得在电力线附近收听短波无线电变得困难或不可能。
短波广播和音乐
一些音乐家被短波无线电独特的听觉特性所吸引。约翰·凯奇在一些作品中使用短波无线电作为现场乐器，其他音乐家则对广播进行采样，使用广播磁带循环，或从某些频率上的非凡声音中获得灵感。卡尔海因茨·施托克豪森在包括《电音乐》（1966 年）、《颂歌》（1966-67 年）和《螺旋》（1968 年）在内的作品中使用了短波无线电，霍尔格·楚凯、帕特·梅西尼、艾菲克斯双人组、肉搏宣言和威尔科也使用了广播。
- VHF 的常见用途包括 FM 收音机广播 (88-108 MHz) 和电视广播 (与 UHF 共同使用)。 VHF 也常用于陆地导航系统 (特别是 VOR) 和飞机通信。
- UHF 和 VHF 是电视最常见的频段。
- VHF 频率的传播特性非常适合短距离陆地通信。与 HF 频率不同，电离层通常不会反射 VHF 无线电信号，因此传输仅限于本地区域 (并且不会干扰数千公里外的传输)。 它也不受大气噪声和来自电气设备的干扰的影响，不像低频那样。 虽然它更容易被陆地特征阻挡，不像 HF 和更低频率那样，但它不像更高频率那样容易受到建筑物和其他不太重要的物体的影响。 在无线电早期，为其建造高效的发射机、接收机和天线也更容易。 在大多数国家，VHF 频谱用于广播音频和电视，以及商业双向无线电 (如出租车和警察使用的无线电)、船舶双向音频通信和飞机无线电。
- 近年来，电视传输占用的大量技术和商业价值的 VHF 频谱部分吸引了许多公司和政府的关注，随着更有效的数字电视广播标准的开发。 在一些国家，大部分频谱可能会在未来十年左右的时间内变得可用 (可能会出售) (目前在美国计划于 2008 年实施)。
- 在英国，当局选择从 1960 年代后期开始，专门在 UHF 上开发彩色电视。 英国最后一家 VHF 电视发射站在 1986 年关闭。 英国的 VHF III 波段现在用于数字音频广播。
FM 自 1940 年起就存在
42-50 MHz 第二次世界大战前 FM 分配 1940 88-106 MHz 第二次世界大战后 FM 分配 1945
FM 立体声技术
- 1960 年代初，FM 收音机添加了新技术，允许进行 FM 立体声传输，其中调频无线电信号用于承载立体声音频，使用导频音复用系统。
- 这以与单声道声音兼容的方式复用左右声道音频信号，使用求和-差分技术来产生单个“单声道兼容”信号，该信号具有等于左右声道之和 (L+R) 的基带部分，以及频率更高的部分是左右声道 (L-R) 幅度调制在 38 kHz 的子载波上。 然后添加 19 kHz 的导频音，以允许接收机检测到存在立体声编码信号。
- 然后，此信号可以像单声道信号一样通过 FM 调制和解调过程，并且通过反转复用过程从解调的 FM 信号中提取立体声信号。
- 简单的单声道 FM 接收机不会提取左右信号，而是简单地再现“单声道兼容”信号的基带部分。(这依赖于这样一个事实，即单声道兼容信号的子载波调制部分位于人们听不见的音频频谱的一部分，而导频音是音频频谱的一部分的低强度音调，大多数人都听不见)。
- 这种向后兼容性非常重要，因为当 FM 立体声系统在 1960 年代在美国推出时，单声道 FM 传输已经从 1940 年代开始使用，并且存在大量的单声道接收机，这些接收机需要能够接收立体声广播而无需任何修改。
- 立体声接收机可以根据导频音的存在自动在“单声道”和“立体声”模式之间切换。 它们还配备了一个陷波滤波器来消除导频音。 在信号较差的情况下，即使在立体声信号上，立体声接收机也可以回退到单声道模式，从而在这些情况下提高信噪比性能。
- 立体声复用系统已被进一步扩展，以添加额外的、甚至更高频率的 57 kHz 子载波，用于承载低带宽数字无线电数据系统信息，从而允许数字控制的无线电提供额外的功能。
- 美国 FM 收音机频道分配
- 在美国，调频广播电台在从 87.8 MHz 到 108.0 MHz 的频段内运行，总共 20.2 MHz。 它被分为 100 个频道，每个频道 0.2 MHz 宽，分别称为“频道 200”到“频道 300”。
- 为了接收电台，FM 接收机被调谐到电台频道的中心频率。 最低频道，频道 200，从 87.8 MHz 扩展到 88.0 MHz； 因此，其中心频率为 87.9 MHz。 频道 201 的中心频率为 88.1 MHz，依此类推，直到频道 300，它从 107.8 MHz 扩展到 108.0 MHz，中心频率为 107.9 MHz。
- 由于每个频道宽 0.2 MHz，因此相邻频道的中心频率相差 0.2 MHz。 由于最低频道以 87.9 MHz 为中心，因此美国任何 FM 电台的中心频率的十分位数字始终是奇数。 电视频道 6 的 FM 音频以 87.75 MHz 的载波频率广播，许多收音机可以调低到这个频率； 几个为频道 6 颁发许可的低功率电视台仅为了使用此频率而运营，并且仅广播名义上的视频节目。 出于同样的原因，频道 6 上的电视台和附近的 FM 电台之间的分配限制非常严格：在美国只有两个电台 (KSFH 和转发器 K200AA) 被许可在 87.9 MHz 上运营。
- 一个市场中的 FM 电台通常相隔四个频道 (800 kHz)。 这种间距是在对原始 FM 波段上感知到的问题做出回应时开发的，主要是由于当时接收机技术的缺陷。 随着现代设备的出现，人们普遍认为这没有必要，在许多国家，间距更短。 其他间距限制与与附近的电视、空中交通管制和双向无线电系统以及其他 FM 广播电台的混合产品有关。 最重要的禁忌限制了相隔 10.6 和 10.8 MHz 的电台的分配，以防止混合产品干扰 FM 接收机的标准 10.7 MHz 中频级。
- 商业广播仅在频道 221 到 300 上获得许可，而 200 到 220 被保留用于非商业教育广播。 在靠近加拿大或墨西哥边界的某些市场，如密歇根州底特律和加利福尼亚州圣地亚哥，来自这些国家的商业电台在“保留频段”频道上针对美国受众，因为加拿大和墨西哥都没有此类保留。
Mazer = 微波
UHF 和 VHF 是电视最常见的频段。
与 VHF 频率相比，UHF 频率受到大气水分的衰减更大，并且从“跳跃”或信号从电离层反射回地球的反射中获益更少。 300-3000 MHz 的频率始终至少比 MUF (最大可用频率) 高一个数量级。 地球大部分地区的 MUF 通常在 25-35 MHz 之间。 较高频率也从地面模式传输中获益更少。 但是，UHF 频率的短波长允许使用具有窄元件的紧凑接收天线； 许多人认为它们不如 VHF 接收模型那样难看
在美国，UHF 台 (广播频道高于 13) 最初因更具地方性，更不精致，更不专业，更不受欢迎以及信号强度不如 VHF 台 (频道 2-13) 而闻名。 由“怪诞阿尔”·扬科维奇主演的电影“UHF”是对这种现象的讽刺。 最近，随着八家大型广播电视网络的出现，这一观念发生了改变，越来越多的媒体公司寻求电视市场更大的份额。 许多福克斯、UPN、WB 和派拉蒙网络附属台都在 UHF 波段内广播。
随着有线电视、数字电视和 DSS 渗透到电视市场，VHF 和 UHF 台之间的区别已经消失。
在澳大利亚，UHF 最初是在 1970 年代中期预期的，频道从 28 到 69。 澳大利亚的第一批 UHF 电视广播是由特别广播服务公司 (SBS) 在悉尼和墨尔本的 28 频道于 1980 年开始运营的，以及澳大利亚广播公司 (ABC) 的转发器。 UHF 波段现在被广泛使用，因为 ABC、SBS、商业和社区 (公共访问) 电视服务已扩展到更广泛的地区，特别是在地区。
超高频 A 波段保留用于电视。
注意：高于 300 GHz，地球大气对电磁辐射的吸收非常大，以至于大气对更高频率的电磁辐射实际上是不透明的，直到大气在所谓的红外和光学窗口频率范围内再次变得透明。
用途
微波炉使用磁控管微波发生器在约 2.4 GHz 的频率下产生微波，用于烹饪食物。 微波通过使水和其他化合物的分子振动来烹饪食物。 振动产生热量，从而使食物变热。 由于有机物主要由水组成，因此食物可以通过这种方法轻松烹饪。
受激发射微波放大器 (maser) 是一种类似于激光器的设备，只是它在微波频率下工作。 微波也用于卫星传输，因为这种频率可以轻松地穿过地球大气，干扰比更高波长更少。
雷达也使用微波辐射来探测远程物体的距离、速度和其他特性。
无线局域网通信协议，如 IEEE 802.11 和蓝牙，也在 2.4 GHz ISM 频段中使用微波，尽管一些变体使用 5 GHz 频段进行通信。
同轴电缆上的有线电视和互联网接入以及广播电视使用一些较低的微波频率。
微波可用于远距离传输能量，创建一个太阳能阵列将能量传输到地球。
微波频谱定义为频率约为 300 MHz 到 1000 GHz 的电磁能量。最常见的应用在 1 到 40 GHz 范围内。
下表定义了微波频率频段。
L 频段 1 到 2 GHz S 频段 2 到 4 GHz C 频段 4 到 8 GHz X 频段 8 到 12 GHz Ku 频段 12 到 18 GHz K 频段 18 到 26 GHz Ka 频段 26 到 40 GHz Q 频段 30 到 50 GHz U 频段 40 到 60 GHz V 频段 46 到 56 GHz W 频段 56 到 100 GHz
有关适用于现代微波应用的电磁理论发展史，请参见以下图。
* Michael Faraday. * James Clerk Maxwell. * Heinrich Hertz. * Nikola Tesla. * Guglielmo Marconi. * Samuel Morse. * Sir William Thomson, later Lord Kelvin. * Oliver Heaviside. * Lord Rayleigh. * Oliver Lodge.
微波及其应用发展研究和工作的具体重要领域。
微波的具体工作 工作领域 Barkhausen 和 Kurz 正极栅极振荡器 Hull 光滑孔磁控管 Varian 兄弟 速度调制电子束 → 谐振腔管 Randall 和 Boot 空腔磁控管
另请参见
* Home appliances. * Microwave auditory effect. * Radio. * Optics.
宇宙微波背景辐射是一种充斥整个宇宙的电磁辐射。它具有 2.726 开尔文的温度下黑体辐射的特征。它在微波范围内有频率。
CMR 和大爆炸
这种辐射被认为是大爆炸 (BB) 理论的最佳可用证据，它在 1960 年代中期被发现，标志着稳态理论等替代理论的普遍兴趣的结束。CMR 给出了宇宙的快照，根据标准宇宙学，当时的温度下降到足以让电子和质子形成氢原子，从而使宇宙对辐射透明。当它在大爆炸后大约 300,000 年形成时——这段时间通常被称为“最后散射面”——宇宙的温度约为 6000 K。此后，由于宇宙的膨胀，它已经下降，宇宙的膨胀使辐射冷却与宇宙尺度长度的四次方成反比。
特征
微波背景最显着的特征之一是高度各向同性。存在一些各向异性，其中最明显的是偶极各向异性，其水平约为 10-4，尺度为 180 度弧。这是由于观察者相对于 CBR 的运动造成的，对于地球来说，这种运动约为 700 公里/秒。
由于外部物理学引起的差异也存在；Sunyaev-Zel'dovich 效应是这里的主要因素之一，其中高能电子云散射辐射，将一些能量转移到 CMB 光子。
更有趣的是，各向异性水平约为 1/100000，尺度为几分钟弧。这些非常小的变化对应于最后散射面上的密度波动，并提供了关于我们现在观察到的宏观结构种子的宝贵信息。这些密度波动是由于宇宙的不同部分彼此没有接触而产生的。
此外，萨克斯-沃尔夫效应导致来自宇宙微波背景的光子发生引力红移。这些小尺度变化为宇宙的性质提供了观测约束，因此是宇宙模型的重要检验之一。
检测、预测和发现
CBR 在 1940 年代由乔治·伽莫夫、拉尔夫·阿尔弗和罗伯特·赫尔曼预测，并在 1964 年由彭齐亚斯和威尔逊意外发现，他们因这一发现获得了诺贝尔奖。然而，CBR 曾在 1941 年被检测到，其温度也在伽莫夫预测之前七年被推断出来。基于对恒星光谱中窄吸收线特征的研究，天文学家安德鲁·麦凯勒写道：“可以计算出星际空间的‘旋转’温度为 2 K。”
由于水会吸收微波辐射，这一事实被用来制造微波炉，因此用地面仪器观察 CMB 非常困难。因此，CMB 研究越来越多地利用空中和星载实验。
实验
在这些实验中，1989 年至 1996 年发射的宇宙背景探测器 (COBE) 卫星可能是最著名的，它首次探测到大型各向异性（除偶极以外）。2001 年 6 月，美国宇航局发射了第二个 CBR 空间任务 WMAP，以对整个天空的各向异性进行详细测量。来自该任务的结果提供了对角度功率谱直至度尺度的详细测量，从而对各种宇宙学参数给出了详细的约束。结果与宇宙暴胀以及各种其他竞争理论的预期结果基本一致，并且可以在美国宇航局的宇宙微波背景 (CMB) 数据中心获得详细资料[编辑：参见下面的链接]。
第三个空间任务普朗克计划于 2007 年发射。与前两个空间任务不同，普朗克是美国宇航局和欧洲航天局 (ESA) 之间的合作项目。
CBR 和非标准宇宙学
在 1990 年代中期，由于未检测到 CBR 中的各向异性，人们对非标准宇宙学（如等离子体宇宙学）产生了兴趣，主要是因为如果探测器未能找到 CBR 中的各向异性，它们将作为备用。这些各向异性的发现以及大量新数据的涌入，极大地降低了人们对这些替代理论的兴趣。
一些非标准宇宙学的支持者认为，原始背景辐射是均匀的（这与大爆炸不一致），并且 CBR 中的变化是由于上面提到的 Sunyaev-Zel'dovich 效应（以及其他效应）造成的。
注意：高于 100 GHz，地球大气对电磁辐射的吸收非常大，以至于大气对较高频率的电磁辐射实际上是不透明的，直到大气在所谓的红外和光学窗口频率范围内再次变得透明。
红外线指的是红色以下，其中红色是波长最长的颜色。
(FIR) 远红外线 (30-1000 µm)
(MIR/IIR) 中红外线 (5-30 µm) - 红外辐射通常与热量相关，因为室温或更高的物体发出的辐射主要集中在中红外波段（参见黑体）。
(NIR) 近红外线 (0.7-5 µm)
但是，这些术语并不精确，并且在不同的研究中使用的方式也不同。
用途 夜视设备使用红外线，当可见光不足以看到物体时。检测辐射并将其转换成屏幕上的图像，较热的物体显示得更亮，使警察和军队能够追捕目标。“夜视”
烟雾对红外线的穿透性比可见光强，因此消防员在烟雾弥漫的区域工作时使用红外成像设备。消防员在火灾扑灭后也使用这种设备检查木框架建筑物墙壁后面的热点，以防止火灾再次爆发。
红外线更常见的用途是电视遥控器。在这种情况下，它优先于无线电波，因为它不会干扰电视信号。红外数据传输也用于计算机外设和个人数字助理之间的短距离通信。这些设备通常符合 IrDA（红外数据协会）发布的标准。遥控器和 IrDA 设备使用红外发光二极管 (LED) 发射红外辐射，该辐射被塑料透镜聚焦成窄束。该光束被调制，即打开和关闭，以对数据进行编码。接收器使用硅光电二极管将红外辐射转换为电流。它只响应发射器产生的快速脉冲信号，并过滤掉来自阳光、人和其他温暖物体的缓慢变化的红外辐射。
光纤通信中使用的光通常是红外线。
热量
不完全是。物体不断发射电磁波，即黑体辐射，但频率取决于温度。对于室温物体和人类来说，它主要是在红外线以下，但对于火灾和红热铁来说，它更多地在光谱中，对于更冷和更热的物体来说，它在不同的频率。
怎么样，任何能量至少与红外线一样多的东西都会使物体变暖。任何能量更低的东西都不会使原子变暖。
全球变暖 二氧化碳会吸收某些波长的红外线。据认为这会导致全球变暖。
1 拍赫兹 1015 赫兹
可见光存在于红外线的尖端，就在它下面是紫外线。基本上你几乎可以从可见光中晒伤。
光谱（可见光或可见光谱）是电磁频谱中人眼可见的部分。光谱是由各种颜色的组合或混合而成的。
光谱没有确切的边界；适应光线的眼睛通常在约 555 纳米（绿色）处具有最大灵敏度。通常，眼睛的响应被认为涵盖 380 纳米到 780 纳米，尽管 400 纳米到 700 纳米的范围更常见。然而，眼睛在更宽的波长范围内可能也有一些视觉响应。
人眼可见范围内的波长占据了大部分“光学窗口”，这是一个易于通过地球大气传输的波长范围。
注意：紫外线和红外线通常被认为是“光”，但通常对人眼不可见。
可见光
可见光是由人眼可以看到的光的颜色组成的电磁辐射。这种光通常以纳米为单位表示波长。
参见里德伯公式。
视觉视杆细胞和视锥细胞
人类可以看到红色、黄色、绿色、蓝色和紫色。
人类没有注意到区别，因为红色和紫色都具有较低的强度。
紫色被切断是因为大气层吸收了它。
灯泡
紫外线是指超越紫色的光，其中紫色是波长最短的颜色。
它俗称黑光，因为人眼看不见。
太阳在 UV-A、UV-B 和 UV-C 波段发射紫外线。
| 380-200 nm | 近紫外线 | |
| 380-315 nm | UV-A | 到达地球表面的紫外线的 99%。 |
| 315-280 nm | UV-B | 与皮肤癌相关。 |
| 280-10 nm | UV-C | 被臭氧层吸收，形成臭氧层。 |
| 200-10 nm | 真空/极紫外线 |
普通玻璃对 UV-A 透明，但对更短的波长不透明。这就是为什么人们在汽车里不会晒伤。在第一次核爆炸期间，费曼是唯一看到它的人，因为他透过窗户观察。
石英玻璃，取决于质量，甚至可以对真空紫外线波长透明。
目录 [显示/隐藏] 1 健康影响 2 天文学 3 用途 3.1 荧光灯 3.2 消毒饮用水 3.3 分析矿物质 3.4 灭菌 3.5 分辨率 3.6 光谱学 3.7 光刻 3.8 其他 4 参考资料
健康影响
一般来说，UV-A 危害最小，但会加速皮肤老化、DNA 损伤，并可能导致皮肤癌。它渗透较深，不会造成晒伤。因为它不会导致皮肤发红（红斑），所以无法在 SPF 测试中测量。目前没有很好的 UVA 辐射阻隔的临床测量方法，但重要的是您的防晒霜要阻隔 UVA 和 UVB。
高强度的 UV-B 光对眼睛有害，暴露会导致焊工闪光（光性角膜炎或电弧眼）。
UVA、UV-B 和 UV-C 都会破坏胶原蛋白纤维，从而加速皮肤老化。
卤素灯泡的灯泡由石英制成，而不是普通玻璃。没有经过额外的普通玻璃过滤的卤素灯泡是 UV-B 光的常见、有用且可能危险的来源。
UV-A 光被称为“暗光”，由于其波长较长，可以穿透大多数窗户。它也比 UV-B 光更深地渗透到皮肤中，被认为是皱纹的主要原因。
特别是 UV-B 光与皮肤癌（如黑色素瘤）有关。辐射会使皮肤细胞中的 DNA 分子电离，导致相邻胸腺嘧啶碱基之间形成共价键，产生胸腺嘧啶二聚体。胸腺嘧啶二聚体不能正常配对，这会导致 DNA 双螺旋的扭曲、复制停滞、缺口和错配。这些会导致突变，从而导致癌变。紫外线的致突变性可以在细菌培养中很容易观察到。
这种与癌症的关系是人们担心臭氧层损耗和臭氧空洞的原因。
UV-C 射线是最强、最危险的紫外线类型。过去很少有人关注 UV-C 射线，因为它们通常会被臭氧层过滤掉，不会到达地球。然而，臭氧层变薄和臭氧空洞导致人们越来越担心 UV-C 光照射的潜在危险。
作为对紫外线的防御，身体在暴露于中等（取决于皮肤类型）辐射水平时会晒黑，这是通过释放棕色色素黑色素来实现的。这有助于阻挡紫外线的穿透，防止更深处的脆弱皮肤组织受到损伤。可以广泛获得部分阻挡紫外线的防晒霜（通常称为“防晒霜”或“防晒霜”）。大多数这些产品含有“SPF 等级”，描述了提供的防护程度。这种防护只针对 UV-B 光。无论如何，大多数皮肤科医生建议避免长时间晒太阳。
紫外线的一个积极作用是它能促进皮肤合成维生素 D。Grant (2002) 宣称美国每年因癌症而过早死亡的人数高达数万人，原因是缺乏 UV-B 暴露（显然是通过维生素 D 缺乏）。
天文学
在天文学中，非常热的天体优先发射紫外线（见维恩位移定律）。然而，保护我们的臭氧层也给从地球上进行天文观测带来了困难，因此大多数紫外线观测是在太空中进行的。（参见紫外线天文学、空间天文台）。
用途 紫外线有许多不同的用途。
荧光灯 荧光灯通过发射低压汞气体产生紫外线。灯管内侧的磷光涂层吸收紫外线，将其转换为可见光。
汞的主要发射波长在 UV-C 范围内。皮肤或眼睛直接暴露于没有转换磷光体的汞弧灯非常危险。
汞灯发出的光主要是在离散波长上。其他具有更连续发射光谱的实用紫外光源包括氙弧灯（通常用作太阳模拟器）、氘弧灯、汞氙弧灯、金属卤化物弧灯和卤素钨灯。
消毒饮用水 紫外线越来越多地用于消毒饮用水和废水处理厂。詹姆斯·R·博尔顿博士发现紫外线可以处理隐孢子虫，这在以前是未知的。这些发现导致了两个美国专利，并使紫外线成为一种可行的饮用水处理方法。
分析矿物 紫外线灯还用于分析矿物、宝石以及其他侦查工作，包括对各种藏品的真伪鉴定。在可见光下，材料可能看起来相同，但在紫外线下会发出不同程度的荧光；或者在短波紫外线下与长波紫外线下会发出不同的荧光。许多应用（例如生物化学和法医）中使用了紫外荧光染料。荧光蛋白绿色荧光蛋白 (GFP) 通常在遗传学中用作标记。许多物质，例如蛋白质，在紫外线中具有显着的光吸收带，这在生物化学和相关领域中是有效的和令人感兴趣的。紫外线分光光度计在这些实验室中很常见。
灭菌 紫外线灯用于灭菌生物实验室和医疗机构中使用的操作台和工具。但是，由于微生物可以在小的裂缝和其他阴影区域中屏蔽紫外线，因此这些灯只能作为其他灭菌技术的补充。
分辨率 紫外线用于制造半导体所需的极高分辨率光刻。
光谱学 紫外线通常用于紫外可见光谱学。
光刻 紫外线在电子行业广泛应用于一种称为光刻的过程，其中一种称为光刻胶的化学物质暴露于通过掩模照射的紫外线下。光允许光刻胶中发生化学反应，并在显影（一个步骤，要么去除暴露的光刻胶，要么去除未暴露的光刻胶）后，由掩模决定的几何图案保留在样品上。然后可以采取进一步的步骤来“蚀刻”掉没有光刻胶残留的样品部分。
光刻主要用于制造集成电路组件和印刷电路板。
其他 真空紫外线 200 nm 的开始是由普通空气在该波长以下不透明这一事实决定的。这种不透明度是由于空气中的氧气对这些波长的光的强烈吸收。纯氮气（氧气含量小于约 10 ppm）对约 150-200 nm 范围内的波长透明。由于半导体制造工艺现在使用小于 200 nm 的波长，因此这具有广泛的实际意义。通过在无氧气体中工作，设备不需要为承受真空工作所需的压力差而制造。一些其他科学仪器，如圆二色性光谱仪，也通常用氮气吹扫并在该光谱区域运行。
使用紫外线时建议戴上防护眼镜，特别是短波紫外线。普通眼镜可以提供一些保护。大多数塑料镜片比玻璃镜片提供更多的保护。一些塑料镜片材料，如聚碳酸酯，可以阻挡大多数紫外线。有一些可用于需要提供更好保护的眼镜镜片的防护处理。然而，普通眼镜只能提供有限保护的最重要原因是，光线可以到达眼睛，而无需通过镜片。如果暴露的风险很高，则全覆盖很重要。例如，高海拔登山通常建议使用全覆盖眼部保护。登山者会暴露在比普通水平更高的紫外线照射下，因为大气过滤较少，而且还会反射来自雪和冰的光线。
一些昆虫，如蜜蜂，可以看到近紫外线，花朵经常带有对这些传粉者可见的标记。
紫外灾变
在略低于可见光的波长处，人们会晒伤。
晒伤等级 UV-A UV-B UV-C
紫外线灯泡
(德语：Röntgenstrahlen)
软 X 射线：(10-0.1 nm)
硬 X 射线：(100-5 pm) 低能伽马射线
X 射线是由电子碰撞产生的。
X 射线主要用于诊断医学成像和晶体学。
物理学家约翰·希托夫观察到带有能量射线的管子，这些射线从负电极延伸出来。当这些射线撞击管子的玻璃壁时，它们会产生荧光。1876 年，尤金·戈德斯坦将这种效应命名为“阴极射线”。后来，英国物理学家威廉·克鲁克斯研究了能量放电对稀有气体的影响。他建造了所谓的克鲁克斯管。它是一个玻璃真空圆柱体，包含用于高压电流放电的电极。他发现，当他将未曝光的照相底片放在管子附近时，其中一些底片出现了阴影，但他没有研究这种现象。1892 年，海因里希·赫兹开始进行实验，并证明了阴极射线可以穿透非常薄的金属箔（如铝）。海因里希·赫兹的学生菲利普·莱纳德进一步研究了这种效应。他开发了阴极管的一种版本，并研究了 X 射线穿透各种材料的效果。然而，菲利普·莱纳德并没有意识到自己正在产生 X 射线。
1887 年 4 月，尼古拉·特斯拉开始利用自己的设备和克鲁克斯管研究 X 射线。特斯拉通过对高压和真空管进行实验来实现这一目标。从尼古拉·特斯拉的技术出版物中可以看出，他发明并研制了一种特殊的单电极 X 射线管。特斯拉的 X 射线管与其他 X 射线管的不同之处在于它们没有靶电极。他在 1897 年向纽约科学院发表的 X 射线讲座中陈述了这些事实。现代术语称这种过程为轫致辐射过程，其中当带电粒子（如电子）穿过物质时会产生高能次级 X 射线发射。到 1892 年，特斯拉进行了几次此类实验；然而，他没有将这些发射归类为后来被称为 X 射线的东西（将这种现象概括为辐射能）。特斯拉没有公开宣布他的发现，也没有让它们广为人知。他随后通过真空高场发射进行的 X 射线实验使他警示科学界注意与 X 射线照射相关的生物危害。
赫尔曼·冯·亥姆霍兹为 X 射线制定了数学方程。在伦琴做出他的发现和宣布之前，他提出了色散理论。它是基于光的电磁理论（维德曼年鉴，第 XLVIII 卷）；然而，他没有使用真正的 X 射线。
1895 年 11 月 8 日，德国科学家威廉·伦琴在用真空管进行实验时开始观察和进一步记录 X 射线。伦琴于 1895 年 12 月 28 日写了一份题为“关于一种新型射线：初步报告”的初步报告。他将其提交给维尔茨堡物理医学学会期刊。这是对 X 射线分类的第一个正式和公开认可。伦琴将这种辐射称为“X”，以表明它是一种未知类型的辐射。这个名字一直沿用至今，尽管（在伦琴强烈反对的情况下），他的许多同事建议将其称为伦琴射线。在一些国家，它们仍然被称为伦琴射线。伦琴因其发现获得了第一个诺贝尔物理学奖。
1895 年，托马斯·爱迪生研究了材料在暴露于 X 射线时发荧光的特性。他发现钨酸钙是最有效的物质。大约在 1896 年 3 月，他开发的荧光镜成为医学 X 射线检查的标准。然而，爱迪生在大约 1903 年他的玻璃吹制工克拉伦斯·麦迪逊·戴利去世后放弃了 X 射线研究。戴利习惯用他的手测试 X 射线管，并且在手上得了癌症，而且非常顽固，以至于为了挽救他的生命，不得不截肢了双臂。[1]
1906 年，物理学家查尔斯·巴克拉发现 X 射线可以被气体散射，并且每种元素都有一个特征 X 射线。他因这一发现获得了 1917 年诺贝尔奖。
英国伯明翰的约翰·霍尔-爱德华兹少校率先将 X 射线用于医疗目的。1908 年，由于 X 射线皮炎的蔓延，他不得不截肢左臂。
探测器
X 射线的探测基于各种方法。最广为人知的是照相底片，就像我们在医院里看到的那样。最初，最常见的探测方法是基于气体的电离。其中一个最简单的例子是盖革计数器。自 1990 年代以来，基于半导体的新型探测器已经问世。在半导体中，X 射线光子被转换为电子空穴对，这些电子空穴对被收集起来以探测 X 射线。
另请参见
* X-ray crystallography * X-ray Astronomy * X-ray machine * Geiger counter
用于拍摄照片。
伽马射线（通常用希腊字母伽马 γ 表示）是一种由放射性或其他核或亚原子过程（如电子正电子湮灭）产生的高能电磁辐射（见电磁频谱）。伽马射线比α或β射线更具穿透性，但电离性较弱。伽马射线与其来源区分开来。伽马射线是由核跃迁产生的，而 X 射线是由加速电子引起的能量跃迁产生的。由于某些电子跃迁的能量可能高于核跃迁，因此低能伽马射线和高能 X 射线之间存在重叠。
核过程 放射性衰变过程
* Alpha decay * Beta decay * Electron capture * Gamma radiation * Neutron emission * Positron emission * Proton emission * Spontaneous fission
核合成
* Neutron Capture
o The R-process
o The S-process
* Proton capture:
o The P-process
对 γ 射线的屏蔽需要大量的质量。将伽马射线强度降低 50% 的屏蔽包括 1 厘米（0.4 英寸）铅、6 厘米（2.4 英寸）混凝土或 9 厘米（3.6 英寸）密实土。
在核战争中使用核武器的情况下，核尘埃中的伽马射线可能会造成最大的人员伤亡。有效的防尘掩体将人类的暴露量减少至少 1000 倍。
伽马射线的电离性比α或β射线都弱。但是，减少对人类的危险需要更厚的屏蔽。它们产生的损伤与 X 射线造成的损伤相似，例如灼伤、癌症和基因突变。
在电离方面，伽马辐射通过三种主要过程与物质相互作用：光电效应、康普顿散射和正负电子对产生。
光电效应：这描述了伽马光子与轨道电子相互作用并将所有能量转移给轨道电子的情况，从而将该电子从原子中弹出。由此产生的光电子的动能等于入射伽马光子的能量减去电子的结合能。光电效应被认为是能量低于 50 keV（千电子伏特）的 X 射线和伽马射线光子的主要能量传递机制，但在更高能量下它就不那么重要了。
康普顿散射：这是一种相互作用，其中入射伽马光子将足够多的能量损失给轨道电子，从而导致电子被弹出，原始光子剩余的能量以新的、更低能量的伽马光子形式发射出来，其发射方向不同于入射伽马光子的发射方向。康普顿散射的概率随着光子能量的增加而降低。康普顿散射被认为是伽马射线在 100 keV 到 10 MeV（百万电子伏特）的中间能量范围内吸收的主要机制，这个能量范围包括核爆炸中存在的大部分伽马辐射。康普顿散射相对独立于吸收物质的原子序数。
正负电子对产生：通过在原子核库仑力的附近发生相互作用，入射光子的能量自发地转换为一个电子正电子对的质量。正电子是一个带正电的电子。超过两个粒子等效静止质量（1.02 MeV）的能量以对的动能和反冲核的形式出现。对中的电子，通常被称为二次电子，具有密集的电离性。正电子的寿命非常短。它在 10−8 秒内与一个自由电子结合。然后，这两个粒子的整个质量被转换为两个能量为 0.51 MeV 的伽马光子。
伽马射线通常与其他形式的辐射一起产生，例如α或β射线。当一个原子核发射一个α或β粒子时，子核有时会处于激发态。然后，它可以通过发射伽马射线跃迁到较低的能级，就像原子电子可以通过发射紫外线跃迁到较低的能级一样。
伽马射线、X 射线、可见光和紫外线都是电磁辐射的形式。唯一的区别是光子的频率以及能量。伽马射线是能量最高的。以下是伽马射线产生的一个例子。
首先，钴-60 通过β衰变衰变成激发的镍-60
然后，镍-60 通过发射伽马射线降至基态（见核壳模型）
用途
伽马射线强大的性质使其在医疗器械的灭菌中发挥作用，它可以杀死细菌。它们也被用来杀死食品中的细菌，使食物保持更长时间的新鲜。
尽管伽马射线具有致癌性，但它们也被用来治疗某些类型的癌症。在称为伽马刀手术的过程中，将多束集中的伽马射线对准肿瘤，以杀死癌细胞。这些射束从不同的角度照射，以便将辐射集中在肿瘤上，同时最大程度地减少对周围组织的损伤。
另请参见：物理学、伽马射线天文学、伽马射线暴、放射治疗。
任何高于
与黑洞和星系相关的强能量光子
也由核爆炸发射
导致细胞死亡
已知黑洞通过其极点发射伽马射线暴。
足够大的伽马射线暴可能会使地球上的所有生命灭绝。