בממלכת קלוייסטר, ג'ק, בן איכרים צעיר שהתייתם, מוקסם מהאגדה של אריק, מלך עתיק שהביס צבא של ענקים מממלכה בשמים שפלשו לשטחי קלוייסטר. במקביל, הנסיכה איזבל מוקסמת מאותה האגדה.
10 שנים מאוחר יותר, ג'ק הולך העירה כדי למכור את הסוס שלו על מנת לתמוך בחווה של דודו. ג'ק מתאהב באיזבל לאחר שהגן על כבודה מקבוצת בריונים. בינתיים, הלורד רודריק חוזר לחדר העבודה שלו, רק כדי לגלות כי נזיר מסוים שדד אותו. הנזיר מציע לג'ק שעועית קסם שגנב מרודריק כתשלום על סוסו של ג'ק. בטירה, איזבל רבה עם אביה, המלך ברהמוול, שרוצה להשאיר אותה בטירה להתחתן עם רודריק בעוד היא נחושה לחקור את הממלכה. במקביל, דודו של ג'ק נוזף בו על כך שמכר את סוסו בתמורה לשעשועית. הדוד זורק את הזרעים לאדמה ועוזב את הבקתה. נחושה בדעתה להיות חופשיה, איזבל מתגנבת מהטירה ומבקשת מחסה מהגשם בבקתתו של ג'ק. כשיורד גשם, זרעי השעועית משתרשים באדמה וגדלים לגזע ענקי של אפונת פלא שנושאת את ביתו של ג'ק ואת איזבל לשמיים ואילו ג'ק נופל לאדמה.
ג'ק, רודריק ונושא כליו, ויק, מתנדבים להצטרף לאבירי המלך בראשות אלמונט ונושא כליו, קראוו, ומטפסים על אפונת הפלא בחיפוש אחר איזבל. בטיפוס, רודריק וויק חותכים את חבל הבטיחות בכוונה להרוג כמה מהאבירים שבחלק העליון, הם מגלים את עולמם של הענקים ומחליטים להתפצל לשתי קבוצות: קבוצה ראשונה עם ג'ק, אלמונט, וקראוו, והשנייה עם רודריק וויק, אך לא לפני שרודריק לוקח בכוח את זרעי השעועית שנותרו לג'ק.
קבוצתו של ג'ק נלכדת על ידי ענקים, שלוקחים את כולם כאסירים מלבד ג'ק שבורח. בינתיים, קבוצתו של רודריק פוגשת שני ענקים אחרים; אחד אוכל את ויק, אבל לפני שהם יכולים לעשות את אותו הדבר לרודריק, רודריק עוטה את כתר הקסם ששולט בענקים.
ג'ק עוקב אחרי הענקים למבצרם, שבו המנהיג בעל שני הראשים הענקי, פאלון, הורג את קראוו. ג'ק מוצא את איזבל ואת אלמונט. כשהענקים מכינים את אסירים שנותרו להם, רודריק נכנס ומשעבד את הענקים בכתר. הוא אומר לענקים הם יתקפו את קלוייסטר עם שחר ומאפשר להם לאכול את איזבל ואלמונט. ג'ק מציל את איזבל ואלמונט כשאחד הענקים מכין אלמונט לבישול. השלישייה מגיעה למעבר אפונת הפלא, שם ג'ק גורם לענק ששומר על אפונת הפלא לנפול מקצה הממלכה. כשברהמוול רואה את הענק, הוא מזמין את הנתינים שיכרתו את המעבר.
ג'ק ואיזבל יורדים מממלכת הענקים, בעוד אלמונט נשאר להתעמת עם רודריק. אלמונט מצליח להרוג את רודריק, אבל פאלון לוקח את הכתר לפני שאלמונט יכול לחבוש אותו, ואלמונט נאלץ לברוח במורד גבעול האפונה. ג'ק, איזבל ואלמונט שרדו את הנפילה אחרי שקצצו את אפונת הפלא. כשכולם חוזרים הביתה, ג'ק מזהיר כי הענקים ישתמשו בזרעי השעועית של רודריק ליצור גשר אל האדמה ושקלוייסטר תותקף.
הענקים רודפים אחרי ג'ק, איזבל וברהמוול לטירה, שם אלמונט ממלא חפיר בשמן ומדליק אותו באש. פאלון נופל בחפיר ופורץ את הטירה מלמטה. כשהמצור נמשך, פאלון לוכד ג'ק ואיזבל, אבל ג'ק זורק את זרע השעועית האחרון במורד גרונו של פאלון, וגורם לאפונת הפלא לקרוע את גופו. ג'ק לוקח את הכתר ושולח בחזרה את הענקים לממלכתם.
ג'ק ואיזבל מתחתנים ומספרים את סיפורם של הענקים לילדיהם. ככל שעובר זמן, כתר הקסם מאובטח במגדל לונדון.
מדיה חדשה
גלים מילימטריים
גלים מילימטריים או גמ"מ הם קרינה אלקטרומגנטית בעלת אורך גל של 1 מ"מ ועד 10 מ"מ, או לחלופין בתדר של 30 גיגה-הרץ ועד 300 גה"צ. לגמ"מ תכונות ייחודיות אשר משמשות במגוון טכנולוגיות, בהן סורק גלים מילימטריים לגילוי נשק חבוי בשדות תעופה, חיישן תאונה לרכב פרטי להתרעות התנגשות בערפל כבד, מיפוי קרינת הרקע הקוסמית החיונית להבנת היקום, ורשתות תקשורת Wi-Fi.
התכונות הראשיות המאפשרות את הטכנולוגיות הללו הן עבירות אטמוספירית גבוהה, עבירות גבוהה בחומרים פלסטיים ועבירות נמוכה במים, כל זאת בדומה לגלי מיקרו, אך אורך גל קצר בהרבה מגלי מיקרו המאפשר להקטין את ממדי המכשירים.
ספקטרום הגמ"מ.
כמו מרבית תחומי הספקטרום האלקטרומגנטי, יש כמה הגדרות שונות לתחום המדויק של אורכי הגל של הגמ"מ. אחת הנפוצות היא אורך גל של 1 מ"מ ועד 10 מ"מ, או לחלופין בתדר של 30 גיגה-הרץ ועד 300 גה"צ. התחום נקרא גם תדרים גבוהים באופן קיצוני (extremely high frequency) כאשר הוא מסווג לפי מפתח גלי רדיו.
תכונות עבירות.
בתחום הגמ"מ מספר חלונות אטמוספיריים
שבהם הקרינה עוברת תוך הנחתה נמוכה יחסית, שהם סביב תדרי 35, 94, 140 ו-220 גה"צ. למעשה רוב התחום עביר לקרינה מלבד מספר תחומי בליעה צרים, הנובעים ממים וחמצן באוויר. קרינת גמ"מ חודרת בהנחתה נמוכה גם חלקיקים קטנים המצויים באוויר, כמו אובך, ערפל, אבק וחול. במצבי גשם או שלג, לגמ"מ עבירות דומה לאור נראה, כאשר למכ"ם (גלי מיקרו) יש עבירות גבוהה. העבירות האטמוספירית בתחום הגמ"מ נעה בין עשרות מטרים ל-10 קילומטר ("עבירות" בהקשר הזה היא המרחק שבו הקרינה עוברת ניחות פי 10 מעוצמתה המקורית).
בדומה לגלי מיקרו, הקרינה חודרת חומרים רבים, בהם פלסטיקים שונים, חומרים קרמיים ובגדים, אך נבלעת ומוחזרת ממים (ולכן גם מבני אדם, בעלי חיים וצמחים) וממתכות.
מקורות קרינה.
קרינת גוף שחור.
כל גוף פולט קרינה הנקראת קרינת גוף שחור, כאשר העוצמה תלויה באורך הגל ובטמפרטורת הגוף, על פי חוק פלאנק, וכן באמיסיביות של הגוף. לפי חוק ההסחה של וין, תדר הגל שבו שיא הקרינה, מתכונתי לטמפרטורה. שיא הקרינה מתקבל בגמ"מ כאשר הטמפרטורה היא מספר מעלות קלווין בודדות מעל האפס המוחלט. זוהי הטמפרטורה של קרינת הרקע הקוסמית ולכן תצפיות שלה נעשות בתדרי גמ"מ. על פני כדור-הארץ הטמפרטורה היא 300 קלווין ולכן מרבית הקרינה היא באורכי גל תת-אדום רחוק, סביב 10 מיקרון. למרות זאת קיימת קרינה חלשה גם בגמ"מ, שהיא חזקה מספיק כדי להיקלט בגלאים, כפי שנפרט בהמשך. עוצמת הקרינה הזו בקירוב טוב מתכונתית לטמפרטורה בתחום רחב מאוד של טמפרטורות הגוף ותדרי גמ"מ.
מקורות מלאכותיים.
מקורות מלאכותיים מהווים את אחד האתגרים הגדולים של תחום הגמ"מ. כיום קיימים מקורות מסוגים רבים ליצירת קרינת גמ"מ, אך הם בעוצמה נמוכה.
גלאים.
גלאים פאסיביים לקרינת גוף שחור.
קרינה עצמית של עצמים בטמפרטורת החדר חלשה מאוד בתדר גמ"מ, ונדרשים גלאים רגישים מאוד לקליטתה. הגלאים המתאימים ביותר לחישה פאסיבית והרגישים ביותר הם מוליכי-על מקוררים לטמפרטורה של מספר מעלות קלווין. גלאים אלו בנויים על עיקרון התרמיסטור - רכיב בעל התנגדות חשמלית שתלויה בטמפרטורה. במקרה זה הגלאי בנוי על בסיס מוליך על מקורר לטמפרטורות נמוכות של מספר מעלות קלווין מעל האפס המוחלט, שבהן כל שינוי קל בטמפרטורה גורם לשינוי גדול במוליכות החשמלית. הקרינה מהטלסקופ פוגעת בגלאי ומחממת אותו במידה מזערית, הגורמת לשינוי גדול במוליכות, שנמדד היטב.
קיימים גם גלאים בטמפרטורת החדר שהם רגישים מספיק כדי לקלוט את הקרינה. הגלאים הלא-מקוררים הם התקנים של מעגלים משולבים לגמ"מ (MMIC). גלאי MMIC מורכב ממגבר דל-רעש (LNA) שהוא הרכיב הקשה ביותר לתכנון וייצור, ואחריו במעגל מצויה פוטודיודה הממירה את הפוטונים בתדר גבוה למתח חשמלי בתדר נמוך יותר, המועבר למעגל קריאה דיגיטלי. טכנולוגיות מוליכים למחצה המשמשות לייצור MMIC גמ"מ מפורטות בפרק המקורות המלאכותיים - אותן הטכנולוגיות מתאימות למקלטים ולמשדרים כאחד.
גלאים אקטיביים.
גלאי אקטיבי הוא גלאי שמיועד לקלוט קרינה הבאה ממקור ידוע. לעיתים הקרינה המשודרת והנקלטת מסונכרנות (כמו במכ"ם), ולעיתים לא (כמו בתקשורת גמ"מ) אך התדר ידוע. גלאים אקטיביים נדרשים לרגישות נמוכה בהרבה, כי מקורות קרינה אקטיביים הם חזקים בהרבה מקרינת גוף שחור. במכ"ם הגלאי ישתמש בשיטת הטרודיין (heterodyne) שבה חלק מקרינת הגל המשודר נשלחת למיקסר שו היא מתאבכת עם הקרינה החוזרת, ומתקבל אות בתדר נמוך ברגישות גבוהה (רעש נמוך).
גלאים אקטיביים יכולים להיות מעגלים משולבים, רכיבים לא ליניאריים, או רכיבים בולומטריים. רכיבים לא ליניאריים ממירים אות בתדר נמוך לתדר גבוה ולהפך, כך שלאחר ההמרה ניתן לקרוא את האות בקלות. רכיבים בולומטריים מתחממים (חימום מזערי) עקב הקרינה הפוגעת, כאשר בתוכם מצוי טרמיסטור שהוא רכיב שהתנגדותו תלויה בטמפרטורה. כאשר הוא מתחמם, ההתנגדות והזרם דרכו נמדדים, ולכן נמדדת עוצמת הקרינה. רכיבים אלו לא יכולים להיות מסונכרנים ובמקרים אלו רגישותם נמוכה יותר, והם אינם יכולים למדוד את הפאזה של הגל, אך הם זולים מאוד לייצור.
שימושים.
השימושים בגלים מילימטריים רבים, ושימושים נוספים מתווספים ככל שעלות הטכנולוגיה - משדרים ומקלטים - יורדת. בתחילה תחום הגמ"מ שימש רק למחקר מדעי מתקדם ביותר, ובהמשך התפתחות הטכנולוגיה יחד עם הוזלת המחיר ומציאת שימושים חדשים, הפכו את הגמ"מ לטכנולוגיה נפוצה במערכות צבאיות (מכ"מ), אזרחיות (סורק לגילוי נשק חבוי) ואפילו בשוק הפרטי (תקשורת Wi-Fi).
מיפוי קרינת הרקע הקוסמית.
קרינת הרקע הקוסמית היא קרינה בתדרי גמ"מ שמגיעה מכל מקום ביקום. תמונה של הקרינה מכילה מידע על השלבים הראשונים של היווצרות היקום. המיפוי מתבצע באמצעות מצלמת גמ"מ פאסיבית, המורכבת מטלסקופ סורק בעל רזולוציה אופטית (יכולת הבחנה) גבוהה מאוד, וגלאים פאסיביים רגישים מאוד, שתוארו למעלה. סריקת השמיים ואיסוף כל המדידות לתמונה גדולה מספקת תמונה המכילה מידע עשיר על תחילת היקום, ומאפשרת בניית מודלים קוסמולוגיים מדויקים יותר, ככל שהתמונה מפורטת ומדויקת יותר.
תקשורת אלחוטית.