Die Radioastronomie umfasst eine breite Palette von Frequenzen, die den Bereich von abdecken$\sim$10 MHz zu$\sim$100 GHz.$^{\dagger}$Mit vier Größenordnungen, mit denen gearbeitet werden kann, hängt das wertvollste Band stark davon ab, welche Art von Objekt Sie beobachten und welche Empfänger tatsächlich an einem bestimmten Teleskop verfügbar sind. Angesichts der Vielfalt der Quellen da draußen ist es schwierig, die Liste auf eine kleine Anzahl wichtiger Bänder einzugrenzen, daher ist diese Antwort alles andere als umfassend - ich entschuldige mich bei allen Beobachtern extrem hochfrequenter Spektrallinien da draußen. Eine wirklich umfassende Antwort wäre mehrere Seiten lang, daher verzichte ich zugunsten einer kürzeren Übersicht darauf.

Spektrale Linien

Die bekannteste Radiolinie ist die berühmte Wasserstofflinie, die aus dem Spin-Flip-Übergang entsteht. Seine Ruhefrequenz liegt bei etwa 1420 MHz, aber wie bei allen Spektrallinien zeigen extragalaktische HI-Quellen die Linie aufgrund der kosmologischen Rotverschiebung bei deutlich niedrigeren Frequenzen. Dasselbe gilt für Wolken innerhalb der Milchstraße aufgrund ihrer Relativbewegung zu uns, wenn auch in deutlich schwächerem Maße. Neutraler Wasserstoff ist ein wichtiges Werkzeug sowohl lokal (z. B. Kartierung der Struktur der Milchstraße) als auch für Quellen mit hoher Rotverschiebung (z. B. Bereitstellung eines praktischen Werkzeugs zur Untersuchung des frühen Universums um die Zeit der Reionisierung herum).

Es gibt vier Hauptlinien von Hydroxylradikalen zwischen 1612 MHz und 1720 MHz, einschließlich der 1665 MHz-Linie, die zum ersten Nachweis von Masern führte. Sie bleiben eines der Schlüsselmoleküle, die in Masing-Quellen nachgewiesen werden, und Hydroxyl-Megamaser bleiben der vorherrschende Typ von Megamaser, der derzeit bekannt ist. Bemerkenswerterweise liegen die Hydroxyllinien auf der gegenüberliegenden Seite des Wasserlochs von der Wasserstofflinie.

Kohlenmonoxid ( ¹² CO) hat Rotationsübergänge bei Vielfachen von 115 GHz, wobei die bemerkenswertesten Linien diejenigen bei 115 GHz und 230 GHz sind ( ¹³ CO hat auch eine Linie nahe 110 GHz). Sie sind sehr nützlich für die Sondierung von Molekülwolken , was bedeutet, dass CO-Vermessungen Strukturen aufdecken können, die auf HI-Karten fehlen könnten.

Dies sind nur einige der wichtigsten Spektrallinien im Funkspektrum; Ein Bericht der National Academy of Sciences aus dem Jahr 1991 enthielt eine weitaus umfassendere Liste von Spektrallinien mit unterschiedlichen Prioritäten. Formaldehyd, Wasser (zwei weitere wichtige Masermoleküle), Methanol, Ammoniak, Methin und Deuterium sind alle enthalten, zusammen mit vielen anderen. Fast alle liegen zwischen 1 GHz und 300 GHz (nur zwei Größenordnungen!). Eine noch ausführlichere Liste finden Sie hier .

Kontinuum beobachten

Einige Breitbandquellen können über mehrere Bänder hinweg beobachtet werden, und Beobachtungen können vorhandene Empfänger ausnutzen, die häufig für andere Zwecke verwendet werden. Zum Beispiel umfasste das Arecibo L-Band Feed Array oder ALFA die 1,4-GHz-Wasserstoffleitung und war wichtig für neutrale Wasserstoffuntersuchungen (z. B. ALFALFA ), aber es stellte sich heraus, dass seine Fähigkeiten auch für die Suche nach Pulsaren (z. B. PALFA ) sehr nützlich waren ). Daher könnten Kontinuumsbeobachter einige der oben genannten Bänder verwenden, abhängig von verfügbaren Empfängern und Backends.

Allerdings haben verschiedene Arten von Kontinuumsemissionspeaks bei unterschiedlichen Frequenzen, sodass wir das Spektrum sicherlich in Stücke aufteilen können. Das Handbook of Frequency Allocations and Spectrum Protection for Scientific Uses enthält einige schöne Abbildungen, die dies auf den Seiten 13 und 14 von Kapitel 4 veranschaulichen. Ich werde sie nicht wiedergeben, da ich mir über den Urheberrechtsstatus nicht sicher bin, aber das Wesentliche ist das Folgende:

• Pulsare sind die Kontinuumsquellen mit der niedrigsten Frequenz, die unter einigen GHz beobachtbar sind. Das 406-410-MHz-Band wird häufig verwendet, aber auch 1,4-GHz-Empfänger werden aufgrund ihrer Verfügbarkeit häufig verwendet. Da Pulsprofile manchmal unterschiedliche Merkmale bei verschiedenen Frequenzen aufweisen, kann es sehr nützlich sein, denselben Pulsar in verschiedenen Bändern zu beobachten.
• Supernova-Überreste (SNR) erzeugen Radioemission durch Synchrotron-Emission von relativistischen Elektronen und sind tatsächlich über einen ziemlich breiten Frequenzbereich sichtbar (mit Synchrotron-Emission auch in anderen Teilen des elektromagnetischen Spektrums). Ich bin nicht so vertraut mit Radio-SNR-Beobachtungen.
• Gleiches gilt für Radiogalaxien, die vor allem durch Synchrotron-Emission über einen ähnlich großen Frequenzbereich nachweisbar sind.
• Der kosmische Mikrowellenhintergrund ist ein schwarzer Körper; bei seiner aktuellen Temperatur von 2,7 K erreicht es einen Spitzenwert nahe 300 GHz, was es wieder nahe an die Grenze der Radioastronomie bringt.

Geschützte Bänder und unbrauchbare Bänder

Viele Spektrallinien (z. B. die HI-Linie) liegen in vielen Jurisdiktionen in geschützten Frequenzbändern , deren Breite idealerweise Rotverschiebungen oder Satellitenlinien berücksichtigt. Einige wichtige Kontinuumsbänder (z. B. 406–410 MHz) wurden ebenfalls geschützt. Leider sind menschliche Aktivitäten nicht das einzige, was einige Teile des Spektrums unbrauchbar machen kann. Beispielsweise können druckaufgeweitete Sauerstoffleitungen im Bereich von 50–70 GHz problematisch sein. Wasserdampf erzeugt neben der starken Linie bei 22 GHz auch starke Linien bei 557 GHz, 752 GHz und 970 GHz.${\ddagger}$

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$^{\dagger}$Genau genommen gibt es zwar Beobachtungen im THz-Bereich, aber an dieser Stelle wird die Grenze zwischen Radioastronomie und Infrarotastronomie etwas wackelig.

$^{\ddagger}$Siehe Essential Radio Astronomy von Condon & Ransom.