Mikrofale to fale radiowe z wysokoczęstotliwościowego końca widma radiowego, o długościach od około 1 milimetra do 1 metra. Eksplorator pokazuje mikrofalę o długości fali 1 centymetra. To 10 razy więcej niż długość najkrótszej mikrofali i jedna setna długości najdłuższej, czyli bliżej krótkiego końca pasma.

Długość fali

Mikrofale, podobnie jak światło, są falami elektromagnetycznymi: falami energii elektrycznej i magnetycznej, które poruszają się razem w przestrzeni. Długość fali to odległość od jednego grzbietu do następnego. Częstotliwość fali to liczba grzbietów, które mijają dany punkt w ciągu każdej sekundy, liczona w hercach. Im krótsza fala, tym wyższa częstotliwość.

Mikrofala o długości 1 centymetra ma częstotliwość około 30 gigaherców, więc około 30 miliardów grzbietów mija dany punkt w każdej sekundzie. Occupational Safety and Health Administration (OSHA), amerykańska agencja do spraw bezpieczeństwa w miejscu pracy, definiuje mikrofale jako częstotliwości od 300 megaherców (300 milionów grzbietów na sekundę) do 300 gigaherców. Tym częstotliwościom odpowiadają fale o długości od 1 metra do 1 milimetra.

Międzynarodowa Unia Telekomunikacyjna (ITU), która koordynuje korzystanie z fal radiowych na całym świecie, nazywa pasma radiowe według długości ich fal. Pasmo 3–30 gigaherców określa jako „fale centymetrowe”, a pasmo 30–300 gigaherców jako „fale milimetrowe”. Przy 29,98 gigaherca fala o długości 1 centymetra leży na samym szczycie pasma fal centymetrowych.

Porównania rozmiarów

• Dwie fale o długości 1 centymetra ułożone jedna za drugą miałyby długość nieco większą niż szerokość amerykańskiego centa, który ma 19 milimetrów średnicy.
• Standardowa szklana kulka o średnicy 1,6 centymetra ma szerokość równą około 1,6 długości fali.
• Kuchenki mikrofalowe wykorzystują fale o długości około 12 centymetrów, czyli 12 razy większej niż długość tej fali.
• Najdłuższe fale światła widzialnego, czyli światła czerwonego, mają około 700 nanometrów długości. Nanometr to miliardowa część metra, więc mikrofala o długości 1 centymetra jest od nich około 14 000 razy dłuższa.

Do czego służą mikrofale

Kuchenka mikrofalowa wytwarza fale za pomocą lampy elektronowej zwanej magnetronem. Fale odbijają się od metalowych ścianek kuchenki i przechodzą przez szkło, papier i plastik, ale jedzenie je pochłania. Wprawiają w drgania cząsteczki wody zawarte w jedzeniu, a ten ruch wytwarza ciepło, które gotuje jedzenie.

Mikrofale przenoszą też sygnały telefoniczne i telewizyjne, a radar wykorzystuje je do wykrywania samochodów przekraczających dozwoloną prędkość. Radary meteorologiczne oparte na efekcie Dopplera śledzą za ich pomocą burze, a większość satelitów telekomunikacyjnych używa ich do wysyłania sygnałów na Ziemię. W łączności kosmicznej częstotliwości 27,5–30 gigaherców, którym odpowiadają fale o długości 1,0–1,1 centymetra, nazywa się pasmem 30 gigaherców.

Mikrofale z wczesnego Wszechświata

W 1965 roku Arno Penzias i Robert Wilson z Bell Telephone Laboratories mierzyli szumy radiowe za pomocą 6-metrowej anteny rożkowej w Holmdel w stanie New Jersey. Przy długości fali 7,35 centymetra, czyli około siedmiu razy większej niż długość fali z eksploratora, odebrali więcej szumu, niż potrafili wyjaśnić. Szum ten docierał równomiernie z każdego kierunku na niebie.

Towarzysząca publikacja fizyków z Uniwersytetu Princeton przedstawiła wyjaśnienie. Tym szumem było kosmiczne mikrofalowe promieniowanie tła, czyli światło uwolnione, gdy Wszechświat miał około 380 000 lat. Wypełnia ono cały Wszechświat. Penzias i Wilson byli współlaureatami Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki z 1978 roku „za odkrycie kosmicznego mikrofalowego promieniowania tła”.

Źródła

• Microwaves. NASA Science, 2023.
• Anatomy of an Electromagnetic Wave. NASA Science, 2023.
• What are the Energy Range Definitions for the Various Types of Electromagnetic Radiation?. NASA High Energy Astrophysics Science Archive Research Center, 2021.
• Visible Light. NASA Science, 2023.
• Just How Small Is "Nano"?. National Nanotechnology Initiative.
• Radiofrequency and Microwave Radiation. Occupational Safety and Health Administration.
• Recommendation ITU-R V.431-8: Nomenclature of the frequency and wavelength bands used in telecommunications. International Telecommunication Union, 2015.
• Microwave Oven Radiation. US Food and Drug Administration, 2023.
• Coin Specifications. United States Mint, 2026.
• Tournament Rules. National Marbles Tournament.
• A Measurement of Excess Antenna Temperature at 4080 Mc/s. Penzias and Wilson, The Astrophysical Journal, 1965.
• The Nobel Prize in Physics 1978. Nobel Prize Outreach.