| 基準 | ミリヘルツ (mHz) | テラヘルツ (THz) |
|---|---|---|
| European mains electricity | 50000 mHz | 5 × 10-11 THz |
| Concert pitch A above middle C | 440000 mHz | 4.4 × 10-10 THz |
| An FM radio station | 1 × 1011 mHz | 0.0001 THz |
| A Wi-Fi band | 2.4 × 1012 mHz | 0.0024 THz |
| A desktop processor clock | 3 × 1012 mHz | 0.003 THz |
ミリヘルツは、1 ヘルツ の 1000 分の 1 にあたる振動数の単位です。記号は mHz です。1 ミリヘルツ は 1000 秒に 1 回、17 分弱に 1 回の繰り返しにあたるので、この単位は、繰り返しを眺めていられるほどゆっくりした現象を表します。
小文字の m が肝心です。1 ミリヘルツ は 1 メガヘルツ の 100 万分の 1 であり、両者を分けているのは最初の文字の大小だけです。打ち間違いが量を 6 桁も変えてしまう場所は SI のなかでも数えるほどしかなく、大文字と小文字の区別が失われた文書では、これが繰り返し混乱の種になります。
この単位の本来の住まいは地震学です。大きな地震は地球全体を鐘のように鳴らします。この自由振動の周期は数分から 1 時間ほどで、およそ 0.3 から 5 ミリヘルツ のあいだに位置します。もっとも低い モード は、惑星が球のまま膨らんだり縮んだりするもので、周期は 20 分近くになります。これらの振動数の測定こそが、地震波トモグラフィーが現れる前に地球の深部構造を描き出した手立てでした。
太陽も同じ範囲で振動しています。日震学は太陽の内部に閉じ込められた圧力波を調べます。もっとも強い信号は、およそ 3.3 ミリヘルツ の 5 分振動です。数百万に及ぶこれらの モード を追うことで、太陽の内部の自転や対流層の深さが明らかになります。表面を望遠鏡で眺めていても得られない情報です。
海洋の潮汐は、これよりさらにずっと下にあります。もっとも主要な太陰半日周潮は 12 時間 25 分ごとに繰り返し、これはおよそ 0.022 ミリヘルツ です。潮汐表が組み立てられる分潮の一族は、0.1 ミリヘルツ を下回る範囲を占めています。
工学がこの単位に出会うのは、高層建築や長大橋の揺れであり、その基本 モード はおよそ 100 から 500 ミリヘルツ に落ち着きます。暖房設備や化学プラントのゆるやかな制御ループもそうで、そこでは工程が変化に応じるまでに何分もかかることがあります。
1 ミリヘルツ は、0.001 ヘルツ、1000 秒に 1 サイクル、1000 マイクロヘルツ に等しくなります。
テラヘルツは、1 兆 ヘルツ にあたる振動数の単位です。記号は THz です。もっとも高い電波と、もっとも低い赤外線とのあいだの隙間を占めており、この領域は 20 世紀の大半を通じて、発生させることも検出することも難しかったため、テラヘルツギャップ と呼ばれてきました。
難しさは理論のものではなく実際上のものでした。電子式の発振器は数百 ギガヘルツ を超えると力尽きます。電荷を担う粒子が十分な速さで応じられないからです。一方、レーザーのような光の源は、赤外線より下では効率が落ちます。そのあいだの帯域には、どちらの側にも扱いやすい技術がなく、何十年ものあいだ、電磁波の帯のなかでもっとも調べられていない部分でした。
これを変えたのが、超高速のレーザーと光伝導アンテナです。数フェムト秒しか続かないレーザーのパルスを半導体に当てて、テラヘルツ のパルスを生み出します。いまでは テラヘルツ 時間領域分光法が、この帯域全体にわたる材料の応答を測っており、この手法は材料科学の標準的な道具になりました。
もっともよく知られた用途は保安検査です。テラヘルツ の放射は衣服、紙、樹脂、陶磁器を通り抜けますが、金属には遮られ、水には吸収されます。しかも光子 1 個あたりのエネルギーは、何かを電離させるにはあまりに小さいため、エックス線のような危険を伴わずに、隠された物を映し出せます。空港の身体検査装置はこの原理で働きます。
分子分光学がこの帯域を使うのは、多くの大きな分子がここに回転と振動の状態をもつからです。爆発物や薬物は テラヘルツ の特徴的な指紋を示し、この手法は製薬の品質管理で、ほかの方法では見分けのつかない結晶形を識別するのに使われます。美術品の保存は、画布に触れずに絵具の層の下を見るためにこれを用います。
天文学は、標高が高く乾いた場所か、あるいは軌道上からこの周波数を観測します。大気中の水蒸気が テラヘルツ の放射を強く吸収するからです。星が生まれる領域の冷たい塵と分子ガスはここで放射しており、チリの高地や南極点に観測所が築かれているのはそのためです。
通信 の 研究 は、この 帯 に 入り はじめました。資料 の 速さ は 使える 帯域 の 幅 とともに 増え、100 ギガヘルツ の 上 には その 下 より はるか に 広い 場所 が あります。ですから 実験 室 は、1 テラヘルツ に近い 周波 数 で 毎秒 数百 ギガビット を運ぶ 無線 の 経路 を示してきました。妨げ は、水 の 蒸気 が この 波 を 強く 吸う こと です。晴れた 空気 でも 数百 メートル、雨 なら はるか に 短い 距離 に 経路 が 限られます。それ が この 技術 を 短い 跳躍 に とどめます。屋上 の 空中 線 どうし の つなぎ、資料 の 中心 の 内側 の 経路、あるいは 街灯 から 建物 まで の 最後 の 一 区間 であって、放送 に似た もの ではありません。
1 テラヘルツ は、1 兆 ヘルツ、1000 ギガヘルツ、およそ 0.3 ミリメートル の波長に等しくなります。