Янский

Единица спектральной плотности потока

Янский (символ Ян , множественное число янский ) — внесистемная единица измерения спектральной плотности потока ^[1] или спектральной облученности , используемая в основном в радиоастрономии . Она эквивалентна 10−26 ^ватт на квадратный метр на герц .

Спектральная плотность потока или монохроматический поток , S , источника представляет собой интеграл спектральной яркости, B , по телесному углу источника : $${\displaystyle S=\iint \limits _{\text{source}}B(\theta ,\phi )\,\mathrm {d} \Omega .}$$

Единица названа в честь пионера американской радиоастрономии Карла Гуте Янского и определяется как

• ${\displaystyle 1~\mathrm {Jy} =10^{-26}~\mathrm {W} {\cdot }\mathrm {m^{-2}} {\cdot }\mathrm {Hz^{-1}} }$( СИ ) ^[2]
• ${\displaystyle 1~\mathrm {Jy} =10^{-23}~\mathrm {erg} {\cdot }\mathrm {s^{-1}} {\cdot }\mathrm {cm^{-2}} {\cdot }\mathrm {Hz^{-1}} }$( СГС ).

Поскольку янский угол получается путем интегрирования по всему телесному углу источника, его проще всего использовать для описания точечных источников; например, Третий Кембриджский каталог радиоисточников (3C) приводит результаты в янских углах.

• Для протяженных источников поверхностная яркость часто описывается в единицах янских на телесный угол; например, карты дальнего инфракрасного диапазона (FIR) со спутника IRAS выражены в мегаянских на стерадиан (МЯн⋅ср ⁻¹ ).
• Хотя протяженные источники на всех длинах волн могут быть представлены в этих единицах, для радиочастотных карт протяженные источники традиционно описывались в терминах яркостной температуры ; например, обзор континуума всего неба Хаслама и др. на частоте 408 МГц представлен в терминах яркостной температуры в градусах Кельвина . ^[3]

Преобразование единиц измерения

Единицы Янского не являются стандартной единицей СИ, поэтому может возникнуть необходимость преобразовать измерения, выполненные в единице, в эквивалент СИ в терминах ватт на квадратный метр на герц (Вт·м ⁻² ·Гц ⁻¹ ). Однако возможны и другие преобразования единиц относительно измерения этой единицы.

величина АВ

Плотность потока в янских может быть преобразована в базисную величину для подходящих предположений о спектре. Например, преобразование величины AB в плотность потока в микроянских является простым: ^[4] $${\displaystyle S_{v}~[\mathrm {\mu } {\text{Jy}}]=10^{6}\cdot 10^{23}\cdot 10^{-{\tfrac {{\text{AB}}+48.6}{2.5}}}=10^{\tfrac {23.9-{\text{AB}}}{2.5}}.}$$

дБВт·м−2·Гц−1

Линейную плотность потока в янских можно преобразовать в децибелы , что удобно для использования в области телекоммуникаций и радиотехники.

1 янский равен −260  дБВт ·м ⁻² ·Гц ⁻¹ , или −230  дБм ·м ⁻² ·Гц ⁻¹ : ^[5] $${\displaystyle {\begin{aligned}P_{{\text{dBW}}\cdot {\text{m}}^{-2}\cdot {\text{Hz}}^{-1}}&=10\log _{10}\left(P_{\text{Jy}}\right)-260,\\P_{{\text{dBm}}\cdot {\text{m}}^{-2}\cdot {\text{Hz}}^{-1}}&=10\log _{10}\left(P_{\text{Jy}}\right)-230.\end{aligned}}}$$

Единицы измерения температуры

Спектральную яркость в янских на стерадиан можно преобразовать в яркостную температуру , полезную в радио- и микроволновой астрономии.

Исходя из закона Планка , мы видим, что это можно решить относительно температуры, дав В низкочастотном, высокотемпературном режиме, когда , мы можем использовать асимптотическое выражение : $${\displaystyle B_{\nu }={\frac {2h\nu ^{3}}{c^{2}}}{\frac {1}{e^{h\nu /kT}-1}}.}$$ $${\displaystyle T={\frac {h\nu }{k\ln \left(1+{\frac {2h\nu ^{3}}{B_{\nu }c^{2}}}\right)}}.}$$ ${\displaystyle h\nu \ll kT}$ $${\displaystyle T\sim {\frac {h\nu }{k}}\left({\frac {B_{\nu }c^{2}}{2h\nu ^{3}}}+{\frac {1}{2}}\right).}$$

Менее точная форма, которую можно вывести из закона Рэлея-Джинса $${\displaystyle T_{b}={\frac {B_{\nu }c^{2}}{2k\nu ^{2}}},}$$ $${\displaystyle B_{\nu }={\frac {2\nu ^{2}kT}{c^{2}}}.}$$

Использование

Поток, о котором идет речь, может быть в любой форме лучистой энергии .

Он был создан и до сих пор чаще всего используется в отношении электромагнитной энергии, особенно в контексте радиоастрономии.

Самые яркие астрономические радиоисточники имеют плотность потока порядка 1–100 янских. Например, Третий Кембриджский каталог радиоисточников перечисляет около 300–400 радиоисточников в Северном полушарии ярче 9 Ян на частоте 159 МГц. Этот диапазон делает янский подходящей единицей для радиоастрономии .

Гравитационные волны также переносят энергию, поэтому их плотность потока также может быть выражена в терминах янских. Типичные сигналы на Земле, как ожидается, будут 10 ²⁰  Ян или более. ^[6] Однако из-за плохой связи гравитационных волн с материей такие сигналы трудно обнаружить.

При измерении широкополосных излучений континуума, где энергия примерно равномерно распределена по полосе пропускания детектора , обнаруженный сигнал будет увеличиваться пропорционально полосе пропускания детектора (в отличие от сигналов с полосой пропускания, более узкой, чем полоса пропускания детектора). Чтобы рассчитать плотность потока в янских, общая обнаруженная мощность (в ваттах) делится на собирающую площадь приемника (в квадратных метрах), а затем делится на полосу пропускания детектора (в герцах). Плотность потока астрономических источников на много порядков ниже 1 Вт·м ⁻² ·Гц ⁻¹ , поэтому результат умножается на 1026, ^чтобы получить более подходящую единицу для естественных астрофизических явлений. ^[7]

Миллиянский, мЯн, иногда упоминался как единица миллипотока (мфп) в старой астрономической литературе. ^[8]

Порядки величин

Примечание: если не указано иное, все значения указаны с точки зрения поверхности Земли. ^[10]

Ссылки

1. "Международный астрономический союз | МАС". www.iau.org .
2. Берк, Бернард Ф.; Грэхем-Смит, Фрэнсис (2009). Введение в радиоастрономию (3-е изд.). Cambridge University Press . стр. 9. ISBN 978-0-521-87808-1.
3. Хаслам, CGT (1 марта 1985 г.). «Обзор континуума всего неба на частоте 408 МГц». Информационный бюллетень Центра Donnees Stellaires . 28 : 49. Бибкод : 1985BICDS..28...49H. ISSN  1169-8837.
4. Фукугита, М.; Шимасаку, К.; Ичикава, Т. (1995). «Цвета галактик в различных фотометрических системах полос». Публикации Астрономического общества Тихого океана . 107 : 945–958. Bibcode : 1995PASP..107..945F. doi : 10.1086/133643 .
5. "Архивная копия". Архивировано из оригинала 3 марта 2016 года . Получено 24 августа 2013 года .{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )
6. Sathyaprakash, BS; Schutz, Bernard F. (4 марта 2009 г.). «Физика, астрофизика и космология с гравитационными волнами». Living Reviews in Relativity . 12 (1): 2. arXiv : 0903.0338 . Bibcode : 2009LRR....12....2S. doi : 10.12942/lrr-2009-2 . PMC 5255530. PMID  28163611. 
7. Спросите SETI (4 декабря 2004 г.). «Исследования: Понимание Янского». Лига SETI . Получено 13 июня 2007 г.
8. Росс, Х. Н. (1975). "Структура переменного радиоисточника в масштабе нескольких угловых минут". The Astrophysical Journal . 200 : 790. Bibcode : 1975ApJ...200..790R. doi : 10.1086/153851 .
9. "Данные". iucaf.org . Получено 14 ноября 2019 г. .
10. Краус, Джон Дэниел (1986). Радиоастрономия. Cygnus-Quasar Books. Таблица: Радиоспектр астрономических источников. ISBN 1882484002. Архивировано из оригинала 16 мая 2013 . Получено 24 августа 2013 .