Frage von grubenhirn, 65

Warum verwendet man bei Radioteleskopen eigentlich keine Spiegelflächen wie bei optischen Spiegelteleskopen. Sind doch alles Elektromagnetische Wellen?

Hilfreichste Antwort - ausgezeichnet vom Fragesteller
von ThomasJNewton, 48

Um die Antwort von WetWilly zu präzisieren, es kommt auf eine leitende Oberfläche an.
Denn die Elektronen der Oberfläche werden durch die Elektromagnetische Welle (Licht, IR, ..., Radiowellen) zu Bewegungen veranlasst, und diese Bewegungen erzeugen eine neue Elektromagnetische Welle.
Das ist es, was man als Reflexion bezeichnet.

Und dabei ist die Wellenlänge wichtig. Oder genauer gesagt das Verhältnis der Wellenlänge zur Ungenauigkeit der Oberfläche.
Nehmen wird einfach einen Maschendrahtzaun (ohne Knallerbsenstrauch):

Lichtwellen haben eine viel kleinere Wellenlänge als die Maschenweite. Wenn auf der einen Seite der Masche ein paar Elektronen schunkeln, und auf der anderen Seite auch, dann wird auch nur ganz wenig Licht gebeugt.
Das meiste Licht geht einfach durch, weil es die Drähte nciht beeinflusst.

Wenn du UKW-Wellen mit einer Wellenlänge von 3 m auf den Zaun strahlst, ist es fast völlig egal, ob das Elektronenschunkeln nur in den Drähten oder auch dazwischen stattfindet. Die reflektierte Welle ist genau so ausgedehnt wie die eingestrahlte, 3 m Wellenlänge eben.
Ich bin nicht so der Elektrik-Experte, aber die Ströme verhindern auch, dass zwischen den Drähten Wellen durchsickern.
Irgendwas mit Induktion, oder so.

Zusammengefasst, die Genauigkeit muss größer bzw. die Maschenweite muss kleiner sein als die Wellenlänge.
Kannst du an Mikrowellenherden sehen. Deren Tür ist auch nicht perfekt verspiegelt, damit man was sehen kann. Es reicht, dass die Löcher deutlich kleiner sind als die Wellenlänge der Mikrowellen.
Und wenn du dich vom Äußeren eines Radioteleskops, das vielleciht eher an den Eiffelturm als an einen Spiegel erinnert, nicht täuschen lässt, wirst du (so wette ich) ein feinmaschiges Netz sehen.
So feinmaschig, wie es eben für die Aufgabenstellung eben sein muss.

Feiner macht keinen Sinn, und wäre nur hinterlich, weil ein Netz oder Maschen einen großen Vorteil haben, wenn mal ein Sturm kommt:
Da streicht der Wind nämlich durch, anstatt das ganze Ding wegzuwehen oder zumindest umzukippen.
Wissenschaftler können gelegentlich auch praktisch und sogar kaummännisch rechnen.

Kommentar von grubenhirn ,

Danke für die weiterführende Erläuterung.

Antwort
von WetWilly, 65

Könnte man - muss man aber nicht. Ein Spiegel ist relativ aufwändig herzustellen, eine einfache "Metallfläche" tut es auch für Radiowellen. Insofern nimmt man die einfachere Lösung.

Kommentar von grubenhirn ,

So ist das also. Danke für die Antwort.

Antwort
von Zamon, 57

Die Wellen haben eine andere Wellenlänge, während Licht im Nanometer (m^-9) Bereich liegt, sind Radiowellen vom Centimeter bis Kilometerbereich einzustufen. Darum verhalten sich die Wellen sehr unterschiedlich und müssen auch mit anderen Sachen reflektiert werden. (Bzw. es geht bei Radiowellen einfacher.)

Antwort
von Roderic, 47

Das tut man doch.

Für diese Wellenlängen IST die Metaloberfläche der Parabolantennen ein Spiegel.

Sie nun extra noch so fein zu polieren, daß sie auch im sichtbaren Bereich des Spekrums spiegeln, ist nicht notwendig und wäre rausgeschmissenes Geld.

Sind so schon teuer genug - die Schüsseln ;-)

Kommentar von Roderic ,

ThomasJNewton hat das in seiner Antwort schon ziemlich genau physikalisch beschrieben:

Damit eine Oberfläche EM Wellen reflektiert, muss sie aus Metall sein.

Damit sie die Wellenfronten auch wirklich in eine bestimmte Richtung zurückreflektiert und nicht wild durcheinanderstreut, muss die Rauhigkeit der Oberfläche wesentlich kleiner sein als die Wellenlänge.

Bei Radioteleskopen genügt eine Genaugkeit von wenigen mm bis cm. Bei optischen Spiegeln muss die Oberfläche bis auf wenige Mikrometer bis Nanometer genau eben sein - also wird sie poliert.

Kommentar von Mannimanaste ,

@ Roderic:

Damit eine Oberfläche EM Wellen reflektiert, muss sie aus Metall sein.

Kapier ich nicht. Lichtwellen sind doch auch elektromagnetische Wellen, oder? Und die werden nicht nur von Metall reflektiert (beispielsweise ist ja eine Wasseroberfläche nicht aus Metall).

Kommentar von Roderic ,

Die Wasseroberfläche reflektiert nur einen Teil des Lichtes, der größere Anteil wird in das Wasser hineingebrochen.

Aber prinzipiell hast du recht. Es ist nicht unbedingt Metall erforderlich. Metall ist nur besonders gut geeeignet, es reflektiert eben nahezu 100%.

Außerdem ging es dem Frager um Radioteleskope. Ich hab noch keine gesehen, die aus Wasser bestehen ;-)

Kommentar von ThomasJNewton ,

Wasser oder Glas reflektieren bei senkrechtem Auftreffen nur wenige %, bei Glas sind es m.W. ~ 4 %.

Die Reflexion beruht ja im Grunde darauf, dass die EM-Wellen absorbiert werden, und damit die Elektronen zum Schwingen anregen.
Damit ist das Licht erst mal weg. Die schwingenden Elektronen erzeugen aber wieder eine EM-Welle, die dann eben die Reflexion ist.

So ist es nicht verwunderlich, dass der beste Leiter, SIlber, auch das beste Reflexionsvermögen hat, m.W. ~ 99 %.
In jedem normalen Spiegel ist ja die Silberschicht hinter dem Glas der eigentliche Reflektor.
Wasser oder Glas hat fest gebundene Elektronen, die lassen sich nur sehr schwer zum Schwingen anregen, daher werden nur wenige % reflektiert.

Bei flacherem Auftreffen steigt der Grad der Reflektion, auch bei Glas und Wasser, und ist zudem von der Polarisation abhängig.
Und frag lieber nicht nach, mein Wissen in diesem Bereich ist noch schwammiger als Elektronen im Silber.

Kommentar von Mannimanaste ,

Danke. Dank diesem Thread habe ich mit 56 Jahren verstanden, dass Reflexion von EM-Wellen nicht bedeutet, dass die Photonen selbst von einer Oberfläche abprallen sich je nach Winkel des Auftreffens  im entsprechenden Winkel wieder von dieser Oberfläche entfernen (so hatte ich mir Reflexion von EM-Wellen bisher laienhaft vorgestellt).

Antwort
von JTKirk2000, 49

Soweit mir bekannt ist, nimmt man doch bei Radioteleskopen entsprechende Spiegelflächen, nämlich die Schüsseln. Diese bewirken wie bei einem Teleskop die entsprechende Reflexion der Wellen, für welche diese gedacht sind. Auch eine einfache Satellitenschüssel ist schon ein Spiegel für Radiowellen mit dem Zweck, die Radiowellen, die auf die Schüssel im entsprechenden Winkel treffen, auf den Empfänger, also das LNB, zu konzentrieren und so die Empfangsleistung zu verbessern.

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