Funkübertragungen auf astronomischer Wellenlänge (AWR) zwischen kosmischen Plasmen?

Mein Sohn fragte mich, ob es elektromagnetische Wellen gibt, die länger als Radio sind. Ich sagte ihm, dass, obwohl die Physik solche Wellen zulässt, es keine Antennen gibt, die lang genug sind, um sie auszustrahlen oder zu erkennen.

Beim weiteren Nachdenken stellte ich jedoch fest, dass das nicht ganz richtig ist.

Supernovae wie der Krebsnebel sowie andere astronomische Phänomene wie kosmische Jets erzeugen routinemäßig kontinuierliche Plasmen mit leitfähigen Längen, die von Planetenentfernungen bis hin zu Lichtjahren reichen. Solche Plasmen sind auch oft in heftiger Bewegung. Ohne (noch) detaillierte Berechnungen zu versuchen, bin ich ziemlich zuversichtlich, dass heftige Bewegungen in solch riesigen leitfähigen Konstrukten dazu führen sollten, dass sie in astronautischen Wellenlängen-Funkbändern (AWR, und ja, das habe ich mir gerade ausgedacht) möglicherweise stark strahlen.

Aber wie würde man solche Emissionen erkennen, selbst wenn sie existieren?

Hier kommt das Hundehaarprinzip ins Spiel: Eine ausreichend starke AWR-Sendung sollte von jedem nahe gelegenen kosmischen Plasma desselben allgemeinen Typs empfangen und in großräumige Plasmaströme umgewandelt werden.

Also meine Frage, ob jemand bereit ist, sich an so etwas Spekulativem zu versuchen:

Wenn AWR-Emissionen existieren und stark genug sind, um langsam wechselnde, lang andauernde Stromflüsse in kosmischen Plasmen zu erzeugen, gibt es experimentell nachweisbare optische oder kurze Funkphänomene – zB Polarisationseffekte oder schnellere Abkühlung von übertragenden Plasmen aufgrund unerwarteter Energie Verluste oder unerwartete Energiegewinne beim Empfang von Plasmen -- wodurch die Emission oder der Empfang von AWR nachgewiesen werden könnte?

Mir ist klar, dass dies sowohl eine astronomische Frage als auch eine physikalische Frage ist, aber wenn mein physikalisches Argument irgendwo drastisch falsch ist oder richtig ist, aber keine experimentell nachweisbaren Phänomene hervorruft, spielt der astronomische Teil keine große Rolle.

08.06.2013 -- Die Diskussion ist interessant, aber vielleicht ein bisschen in Richtung der Frage nach viel kürzeren (und direkt nachweisbaren) VLF-Wellen abgedriftet. Eduardo weist hervorragend darauf hin, dass das interstellare Medium für VLF undurchsichtig ist. Durch eine einfache Verallgemeinerung des VLF-Verhaltens auf weit niedrigere Frequenzen kann dies auch bedeuten, dass EM-Wellen im astronomischen Maßstab ebenfalls nicht möglich sind.

Es ist erwähnenswert, dass selbst wenn etwas im Astronomie-Zoo starke AWR-Band-Emissionen erzeugen kann und selbst wenn solche Übertragungen es bis zur Erde schaffen könnten, ich ziemlich sicher bin, dass keine Antenne auf der Erde diese Übertragungen aufnehmen kann.

Das wiederum betont, dass der einzige offensichtliche Weg, Energieübertragungen im AWR-Band zu erkennen, wenn sie überhaupt existieren, darin besteht, dass sie unerwartete Arten der Energieübertragung zwischen sichtbaren astronomischen Plasmen ermöglichen, die sowohl als AWR-Generatoren als auch als Empfänger fungieren würden.

Eduardos hervorragender Punkt über die Opazität des interstellaren Plasmas könnte die einfachste Antwort liefern: AWR kann nicht existieren, weil interstellare Plasmen dies niemals zulassen werden.

Dasselbe VLF-Opazitätsproblem wirft jedoch mindestens zwei weitere Fragen auf:

  1. Die Opazität bei VLF garantiert nicht unbedingt die interstellare Opazität im AWR-Band, das schließlich um Größenordnungen niedriger in der Frequenz wäre. Wild spekulierend könnte AWR zum Beispiel so sanft in seiner Wirkung auf Ionenebene sein, dass das interstellare Plasma für ihn am Ende weitgehend transparent ist. Und ja, das ist wirklich nur eine wilde Spekulation, mehr nicht.

  2. Selbst wenn das interstellare Plasma AWR stark absorbiert, würde jeder größere Generator von AWR-Bandenergie wahrscheinlich immer noch zu einer unerwartet höheren oder schnelleren Energieübertragung nach außen führen, die den AWR-Generator umgibt. Genauer gesagt: Wenn (big if_ AWR) existiert und bei hohen Leistungspegeln durch Selbsterregung von Strömen in sich heftig bewegenden astronomisch großen Plasmen (denken Sie an einen Krebsnebel) erzeugt werden kann, aber auch sehr schnell vom interstellaren Medium absorbiert wird, sollte dies immer noch der Fall sein indirekt nachweisbar durch die Ermöglichung von ansonsten unerklärlichen Erhöhungen der Rate oder Geschwindigkeit, mit der sich Energie aus dem Ereignis nach außen in das umgebende interstellare Plasma auflöst.Ein solcher Effekt wäre indirekt nachweisbar durch das Fehlen einer Erklärung dafür durch andere bekannte und gut modellierte Energie Übertragungsmodi.

Mir ist klar, dass sich dies an dieser Stelle wahrscheinlich zu einer unfairen Frage entwickelt hat, da die Bandbreite der zu analysierenden Probleme ziemlich groß ist. Es scheint wahrscheinlich, dass die Idee eines AWR-Bandes, das (vielleicht!) existieren könnte und sogar indirekt beobachtbare Auswirkungen auf sichtbare Phänomene wie Supernova-Wolkenexpansion haben könnte, nicht viel erforscht wurde, wenn überhaupt. Das ist an sich schon interessant.

Ich werde Eduardo wahrscheinlich bald die Antwort für die bisher beste Berichterstattung über das Thema geben, oder vielleicht versuche ich es sogar mit einem Bonus. Ich bin ein bisschen fasziniert von diesem.

Wenn eines dieser Plasmen eine solche Welle aussenden würde, müssten sich die Ladungen kohärent bewegen. Sind Plasmen nicht undurchlässig für elektromagnetische Wellen? Solche Wellen könnten in der Nähe der Quelle resorbiert werden.
Ben, danke ... gute Referenz und beides gute Punkte. Was die Kohärenz betrifft, so vermute ich (mehr nicht), dass die großräumigen Ähnlichkeiten in der Geometrie zB einer expandierenden Supernova-Plasmakugel wiederum ähnlich großräumige kohärente Stromflüsse erzeugen können, mit natürlich auch Strömen auf vielen anderen kleineren Skalen. Sehr guter Punkt zur Transparenz ... obwohl hmm, ich vermute, dass die Wellenlänge selbst einer AWR-Bandemission die Situation nicht so sehr von einer EM-undurchlässigen Metallantenne unterscheidet, die strahlt und empfängt. Tatsächlich muss das Plasma zum Absorbieren teilweise undurchsichtig sein.
IIRC das ISM wird undurchsichtig für Frequenzen im und unterhalb des Kilohertz-Bandes (irgendwo in der Nähe gibt es die typische Plasmafrequenz für die typische Dichte freier Elektronen).
Einige Diskussionen hier cv.nrao.edu/course/astr534/Pulsars.html des Krebsnebel-Pulsars. Sein Dipolmoment ist nicht mit seiner Rotationsachse ausgerichtet, daher ist er ein unglaublich leistungsstarker 30-Hz-Dipolstrahler. Laut WP en.wikipedia.org/wiki/Extremely_low_frequency erreicht uns diese 30-Hz-Strahlung nicht, weil sie unterhalb der Plasmafrequenz des interstellaren Mediums liegt. Es wird sofort vom Nebel resorbiert, und das ist es, was den Nebel zum Leuchten bringt.
Gravitationswellen wären besser geeignet für astronomische Beobachtungen bei extrem niedrigen Frequenzen; das ISM ist für sie transparent.
Außerdem wäre es äußerst schwierig, die ankommende Welle einer Richtung am Himmel zuzuordnen. Die frühen Radiobeobachtungen nutzten die Bedeckung durch den Mond, um die Quelle mit einem optischen Kandidaten in Verbindung zu bringen, aber das wäre für Sie AWR schwieriger. Sie werden an Hindernissen viel stärker gebeugt, und sie würden wahrscheinlich überleben, einige Kilometer über den Mond zu überqueren und so seinen "Rand" zu verwischen.
@BenCrowell, sehr interessant (+1), also werden die 30 Hz absorbiert und thermalisiert (thermalisiert? - Entschuldigung)
@BenCrowell, das von mir zitierte Buch (Choudhuri 2010) sagt: "Die Plasmafrequenz der Ionosphäre der Erde beträgt etwa 30 MHz. Funkwellen aus kosmischen Quellen können die Ionosphäre nur durchdringen, wenn die Frequenz höher als 30 MHz ist."
@BenCrowell Ihre Behauptung darüber, was den Nebel zum Leuchten bringt, ist nicht korrekt - das, was WP angibt, ist nicht korrekt. Die Emission, die wir bei niedrigeren Frequenzen im eigentlichen Nebel sehen, wird lediglich durch energieärmeres Plasma verursacht; Plasma, das durch Synchrotron/inverse Compton-Emission und die adiabatische Ausdehnung der Nebelblase abgekühlt ist. Die thermische Emission weit über den Endschock hinaus im eigentlichen Nebel hat wenig oder gar nichts mit der gepulsten Strahlungsemission aus dem Inneren der Magnetosphäre zu tun.

Antworten (1)

Dies ist keine Antwort, sondern nur einige Informationen, um Sie auf den richtigen Weg zu bringen, zu lang, um in einem Kommentar zu sein. Ich bin auch gespannt, was andere User mit mehr Informationen zu der Frage vielleicht beantworten.

Kaltplasmamodelle (bei denen die Analyse nicht durch thermische Bewegungen erschwert wird) bestehen im Wesentlichen aus Elektronen, die sich nahezu frei zwischen schwereren Ionen bewegen können. Es gibt eine zugehörige Menge ω P , die Plasmafrequenz :

ω P 2 = N e 2 ϵ 0 M e

Wo N ist die Anzahldichte der Elektronen. Für eine sich ausbreitende elektromagnetische Welle gilt diese Beziehung:

ω 2 = ω P 2 + k 2 C 2

wie in 8.13 in Choudhuri 2010 abgeleitet

Also für eine EW mit viel größerer Frequenz als ω P ,

ω = k C
wie bei jeder üblichen EW, was bedeutet, dass die Elektronen zu massiv sind, um auf eine so hohe Frequenz zu reagieren, daher ist das Plasma für solche Wellen durchlässig.

Aber wenn die Frequenz niedriger ist als ω P , es gibt keine wirkliche Lösung für k . Ich denke, das bedeutet, dass die einfallende Welle teilweise als abklingende Welle absorbiert und der Rest zurückreflektiert wird, aber ich bin kein Experte dafür. Die Frage ist, dass sich niederfrequente Wellen nicht im Plasma ausbreiten können, da die Elektronen leicht genug sind, um mit der Frequenz der ankommenden Welle zu „tanzen“ und so die Energie zu absorbieren (und abzustrahlen?).

Eine andere Frage ist die Bewegung einer Supernova-Plasmakugel, wie Sie in Ihrem Kommentar sagen ... nun, das ist ein bisschen wie Betrug. Im gleichen Sinne ist Voyager II ein metallisches Objekt, das sich in den letzten Jahrzehnten langsam um einen Lichttag bewegt hat. Das ist eine laaange, (unglaublich schwache) EW, was sie geschaffen hat, oder? (ja, -1 für diesen Absatz!). Wenn ich Ihre Frage verstanden habe, fragen Sie sich wahrscheinlich, ob es in der Natur etwas gibt, das groß genug ist, elektrisch nicht neutral in dieser Größenordnung, das sich schnell genug bewegt, um diese riesige EW zu erzeugen. Ein binäres Schwarzes Loch?

Bücher haben Daten über ω P für ionosphärisches Plasma und solche Dinge. Ich frage mich, welchen Wert diese freie Elektronendichte des interstellaren Mediums in Chris 'Kommentar hat (wiederum bin ich kein Experte dafür). Aber ich erinnere mich, gelesen zu haben, dass Pulsarsignale für niedrige Frequenzen verzögert sind, was auf die Wechselwirkung mit freien Elektronen entlang der Sichtlinie zurückzuführen ist. Ich würde mich freuen, etwas Technischeres von jedem Benutzer zu lesen.

Eduardo, danke, viele interessante Anregungen darin. Ich denke, auf der Skala war das Bild in meinem Kopf die selbsterregende Erzeugung elektrischer Ströme und Magnetfelder der Erde aufgrund massiver Bewegungen und Zirkulationen von leitfähigem geschmolzenem Metall. @ChrisWhite, das klingt richtig; siehe zB den letzten Absatz über ELF-Blockierung um Magnetare in diesem Wikipedia-Artikel . Würde sich derselbe Blockierungseffekt definitiv so weit nach unten erstrecken, oder würden aus irgendeinem Grund neue Transparenzfenster entstehen? Keine Ahnung...
@TerryBollinger, +1, sehr interessanter Link! Ich habe mich immer gefragt, wie Signale an U-Boote gesendet werden...
Funkübertragungen auf astronomischer Wellenlänge (AWR) zwischen kosmischen Plasmen?
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