Die Atmosphäre und ihre thermische Emission

Zusammenfassung

Zu den Bestandteilen der Atmosphäre, die in bezug auf die Ausbreitung der 21-cm-Radiowellen von Wichtigkeit sind, gehören die Gase Stickstoff, Sauerstoff, Wasserdampf und gegebenenfalls die Kondensationserscheinungen des Wasserdampfes — Regen, Wolken und Nebel. Die Volumenkonzentration des Stickstoffs und des Sauerstoffs ist zeitlich in hohem Maße konstant, während die Volumenkonzentration von Wasserdampf, Regen, Wolken und Nebel starken zeitlichen Schwankungen unterworfen ist. Die hier wichtigen Wirkungen der Atmosphäre auf die 21-cm-Strahlung bestehen in der Extinktion, Emission und Refraktion. Eine Extinktion zeigen alle genannten Bestandteile, nur vom Stickstoff ist keine Absorption im Radiobereich bekannt. Bei Nebel, Wolken und Regen handelt es sich um eine Streuung der Radiowellen an den feinen bzw. größeren Wassertropfen. Die Extinktion durch Sauerstoff und Wasserdampf besteht in einer molekularen Absorption, die gleichzeitig mit einer thermischen Emission verbunden ist. Der Absorptions- und Emissionskoeffizient sind nach dem KIRCHHOFFschen Satz verknüpft. Beim Sauerstoff erfolgt die Absorption durch das magnetische Dipolmoment des Moleküls, während sie beim Wasserdampf durch das elektrische Dipolmoment des Moleküls bewirkt wird. Wie später gezeigt wird, erfolgt eine nennenswerte Einwirkung der Atmosphäre auf die Radiowellen nur in den Luftschichten unterhalb der Höhe von 20 km. Trotzdem sollen einige Modelle über die Luftzusammensetzung in großen Höhen gebracht werden.