Янский

Единица спектральной плотности потока

Янский (символ Jy , множественное число janskys ) — внесистемная единица измерения спектральной плотности потока [ ^1] или спектральной освещенности , используемая особенно в радиоастрономии . Это эквивалентно 10–26 ^Вт на квадратный метр на герц .

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 новатора американского радиоастронома Карла Гуте Янски и определяется как

${\displaystyle 1~\mathrm {Jy} =10^{-26}~\mathrm {W} {\cdot }\mathrm {m^{-2}} {\cdot }\mathrm {Hz^{-1}} }$( СИ ) ^[2]

${\displaystyle 1~\mathrm {Jy} =10^{-23}~\mathrm {erg} {\cdot }\mathrm {s^{-1}} {\cdot }\mathrm {cm^{-2}} {\cdot }\mathrm {Hz^{-1}} }$( КГС ).

Поскольку Янски получается путем интегрирования по всему телесному углу источника, его проще всего использовать для описания точечных источников; например, Третий Кембриджский каталог радиоисточников (3C) сообщает о результатах в янски.

• Для протяженных источников поверхностная яркость часто описывается единицами Янски на телесный угол; например, карты дальнего инфракрасного диапазона (FIR) со спутника IRAS представлены в мегаянских единицах на стерадиан (MJy⋅sr ^-1 ).
• Хотя с помощью этих единиц можно сообщать о протяженных источниках на всех длинах волн, для карт радиочастот протяженные источники традиционно описывались с точки зрения яркостной температуры ; например, Хаслам и др. Обзор континуума всего неба на частоте 408 МГц представлен в терминах яркостной температуры в Кельвинах . ^[3]

Преобразование единиц измерения

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

Величина AB

Плотность потока в янскисах можно преобразовать в абсолютную величину для соответствующих предположений о спектре. Например, преобразовать величину AB в плотность потока в микроянских единицах очень просто: ^[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

Линейная плотность потока в янских единицах может быть преобразована в децибелы , что подходит для использования в области телекоммуникаций и радиотехники.

1 янский равен -260  дБВт ·м ^-2 ·Гц ^-1 или -230  дБм ·м ^-2 ·Гц ^-1 : ^[5]

${\displaystyle P_{{\text{dBW}}\cdot {\text{m}}^{-2}\cdot {\text{Hz}}^{-1}}=10\log _{10}\left(P_{\text{Jy}}\right)-260,}$

${\displaystyle P_{{\text{dBm}}\cdot {\text{m}}^{-2}\cdot {\text{Hz}}^{-1}}=10\log _{10}\left(P_{\text{Jy}}\right)-230.}$

Единицы измерения температуры

Спектральную яркость в янсках на стерадиан можно преобразовать в яркостную температуру , что полезно в радио- и микроволновой астрономии.

Исходя из закона Планка , мы видим

${\displaystyle B_{\nu }={\frac {2h\nu ^{3}}{c^{2}}}{\frac {1}{e^{h\nu /kT}-1}}.}$

Это можно решить для температуры, дав

${\displaystyle T={\frac {h\nu }{k\ln \left(1+{\frac {2h\nu ^{3}}{B_{\nu }c^{2}}}\right)}}.}$

В низкочастотном высокотемпературном режиме, когда , можно использовать асимптотическое выражение : ${\displaystyle h\nu \ll kT}$

${\displaystyle T\sim {\frac {h\nu }{k}}\left({\frac {B_{\nu }c^{2}}{2h\nu ^{3}}}+{\frac {1}{2}}\right).}$

Менее точная форма

${\displaystyle T_{b}={\frac {B_{\nu }c^{2}}{2k\nu ^{2}}},}$

который можно вывести из закона Рэлея – Джинса

${\displaystyle B_{\nu }={\frac {2\nu ^{2}kT}{c^{2}}}.}$

Применение

Поток, о котором говорит Янски, 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.

Наиболее яркие астрономические радиоисточники имеют плотности потока порядка 1–100 Янских. Например, в Третьем Кембриджском каталоге радиоисточников перечислено от 300 до 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 можно выразить в единицах Янскиса. Ожидается, что типичные сигналы на Земле составят 10–20 ^Ян  и более. ^[6] Однако из-за плохой связи гравитационных волн с материей такие сигналы трудно обнаружить.

При измерении излучений широкополосного континуума, где энергия примерно равномерно распределяется по полосе пропускания детектора , обнаруженный сигнал будет увеличиваться пропорционально полосе пропускания детектора (в отличие от сигналов с полосой пропускания, уже, чем полоса пропускания детектора). Чтобы вычислить плотность потока в Янских, общая обнаруженная мощность (в ваттах) делится на площадь сбора 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 10 ²⁶ , чтобы получить более подходящую единицу измерения для естественных астрофизических явлений. ^[7]

Миллижанский, mJy, в старой астрономической литературе иногда назывался единицей миллипотока (mfu). ^[8]

Порядки величины

Примечание. Если не указано иное, все значения указаны с поверхности Земли. ^[10]

Рекомендации

1. "Международный астрономический союз | МАС". www.iau.org .
2. Берк, Бернард Ф.; Грэм-Смит, Фрэнсис (2009). Введение в радиоастрономию (3-е изд.). Издательство Кембриджского университета . п. 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.; Симасаку, К.; Итикава, Т. (1995). «Цвета галактик в различных системах фотометрических полос». Публикации Тихоокеанского астрономического общества . 107 : 945–958. Бибкод : 1995PASP..107..945F. дои : 10.1086/133643 .
5. «Архивная копия». Архивировано из оригинала 3 марта 2016 года . Проверено 24 августа 2013 г.{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия в заголовке ( ссылка )
6. Сатьяпракаш, Б.С.; Шютц, Бернард Ф. (4 марта 2009 г.). «Физика, астрофизика и космология с гравитационными волнами». Живые обзоры в теории относительности . 12 (1): 2. arXiv : 0903.0338 . Бибкод : 2009LRR....12....2S. дои : 10.12942/lrr-2009-2. ПМЦ 5255530 . ПМИД  28163611. 
7. Спросите SETI (4 декабря 2004 г.). «Исследование: понимание Янского». Лига SETI . Проверено 13 июня 2007 г.
8. Росс, HN (1975). «Переменная структура радиоисточника в масштабе нескольких угловых минут». Астрофизический журнал . 200 : 790. Бибкод : 1975ApJ...200..790R. дои : 10.1086/153851 .
9. «Данные». iucaf.org . Проверено 14 ноября 2019 г.
10. Краус, Джон Дэниел (1986). Радиоастрономия. Таблица: Радиоспектр астрономических источников. ISBN 1882484002. Архивировано из оригинала 16 мая 2013 года . Проверено 24 августа 2013 г.