InfrarosulŞtim cu toţi că orice telecomandă transmite radiaţie infraroşie pentru a da comenzi aparatelor electronice.  Dacă vreţi să aflaţi multe alte detalii despre caracteristicile infraroşului şi utilizarea sa în astronomie şi tehnologiile moderne, citiţi articolul de faţă.

 

Spectrul EM - (3) - Microundele

ENERGIA INFRAROŞIE

O telecomandă foloseşte unde electromagnetice din imediata vecinătate a spectrului vizibil, radiaţie infraroşie, pentru a schimba canalele televizorului dumneavoastră. Această regiune a spectrului electromagnetic este împărţită în infraroşu apropiat, mediu şi îndepărtat. Regiunea caracterizată de lungimi de undă cuprinse între 8 şi 15 microni este denumită de către oamenii de ştiinţă infraroşu termal, deoarece aceste lungimi de undă sunt ideale pentru studiul energiei termale de lungimi mari de undă radiată de planeta noastră.

 

infrarosul
Spectrul electromagnetic - domeniul infraroşu.
Clic pe imagine pentru a o mări.


DESCOPERIREA ZONEI INFRAROŞII A SPECTRULUI ELECTROMAGNETIC

În 1800, William Herschel a efectuat un experiment de măsurare a diferenţelor de temperatură dintre culorile spectrului vizibil. Atunci când a măsurat o valoare chiar mai mare a temperaturii în imediata vecinătate a capătului roşu al spectrului, el tocmai descoperea radiaţia infraroşie.

 

experiment Herschel
Experimentul lui William Herschel

Termometrele plasate în zona fiecărei culori a spectrului vizibil au relevat o creştere a temperaturii de la albastru spre roşu. Energia luminii de dincolo de capătul roşu al spectrului vizibil s-a dovedit a fi chiar mai caldă.

 

 

 

 

IMAGISTICA ÎN INFRAROŞU (TERMICĂ)

O parte din radiaţia infraroşie o recepţionăm sub formă de căldură. Unele obiecte sunt atât de fierbinţi încât emit şi lumină vizibilă - cum este cazul focului. Altele, asemenea fiinţelor umane, nu sunt la fel de calde, emiţând doar radiaţie infraroşie. Ochiul uman nu poate recepţiona undele electromagnetice din zona infraroşie a spectrului, dar există instrumente speciale pentru aceasta: ochelarii pentru vederea nocturnă ori camerele de luat vederi în infraroşu ne permit să "vedem" radiaţia infraroşie emisă de obiectele calde precum oamenii sau animalele. Temperaturile din imaginile de mai jos sunt exprimate în grade Fahrenheit.

 

Imagistica in infrarosu

 

ASTRONOMIA "RECE"

Multe dintre obiectele prezente în Univers sunt prea reci pentru a fi detectate în lumina vizibilă, dar pot fi detectate în domeniul infraroşu. Oamenii de ştiinţă încep să dezlege misterele obiectelor mai reci existente în Univers, precum planetele, stelele reci, nebuloasele şi multe altele, prin studierea radiaţiei infraroşii pe care acestea o emit.

Sonda spaţială Cassini a capturat imaginea de mai jos a aurorei lui Saturn folosind radiaţia infraroşie. Aurora apare cu albastru, iar norii de dedesubt sunt reprezentaţi cu roşu. Aceste aurore sunt fenomene unice deoarece pot acoperi întregul pol, pe când cele din jurul Pământului ori din jurul planetei Jupiter sunt de obicei mărginite de câmpul magnetic al acestor planete la inele situate de jur împrejurul polilor magnetici. Dimensiunile mari şi variabile ale acestor aurore saturniene indică faptul că anumite particule provenind de la Soare resimt deasupra lui Saturn influenţe magnetice anterior neprevăzute.

 


Aurora Saturn
Aurora pe Saturn. Reprezentare grafică în infraroşu.


Să vedem nevăzutul


Când privim spre constelaţia Orion, vedem doar lumina din domeniul vizibil care ajunge spre noi din acea zonă a spaţiului. Telescopul spaţial Spitzer al NASA a detectat aproape 2300 de discuri planetare (planete în formare) în nebuloasa Orion prin recepţionarea radiaţiei infraroşii provenind de la praful încins conţinut de aceste formaţiuni cosmice. Fiecare disc are potenţialul de a da naştere unor planete şi propriului sistem solar.

 


Telescopul spatial James Webb
Telescopul spaţial James Webb

 

SĂ PRIVIM PRIN PRAFUL COSMIC

Radiaţia infraroşie are lungimi de undă mai mari decât lumina vizibilă şi poate trece prin zone ale cosmosului cu concentraţie mare de gaz şi praf, fiind absorbită şi împrăştiată mai puţin decât lumina vizibilă. Astfel, energia infraroşie poate scoate la iveală obiecte cosmice inaccesibile telescoapelor optice clasice. Telescopul spaţial James Webb (JWST) este dotat cu trei instrumente care lucrează în domeniul radiaţiilor infraroşii, fiind folosit la studierea originii Universului şi a formării galaxiilor, stelelor şi planetelor.

O zonă de praf şi gaz din Nebuloasa Carina este iluminată de strălucirea unor stele masive din vecinătatea sa, prezentate dedesubt în imagini obţinute de telescopul spaţial Hubble, imagini din spectrul vizibil. Radiaţia foarte intensă şi fasciculele foarte rapide de particule de mare energie provenind de la aceste stele duc la formarea altor aştri în interiorul respectivei zone. Majoritatea noilor stele nu pot fi observate prin intermediul luminii obişnuite deoarece norii gazoşi foarte denşi blochează lumina care provine de la ele. Totuşi, la vizualizarea zonei cu ajutorul telescoapelor în infraroşu, stelele tinere devin vizibile în spatele coloanei de gaz şi praf cosmic.

 

Nebuloasa Carina
Nebuloasa Carina în domeniul vizibil şi în infraroşu.



MONITORIZAREA TERREI

Pentru astrofizicienii care studiază Universul, sursele de radiaţie infraroşie precum planetele sunt relativ reci prin comparaţie cu energia emisă de stele ori alte obiecte cosmice. Oamenii de ştiinţă studiază emisiile de radiaţie termică (infraroşie) care provine de la planeta noastră. Când radiaţiile provenind de la Soare ajung pe Terra, o parte a energiei acestora este absorbită în atmosferă şi la suprafaţa planetei, încălzind-o. Acestă căldură este emisă de Pământ sub formă de radiaţie infraroşie. Instrumentele de la bordul sateliţilor care orbitează în jurul Terrei pot detecta această radiaţie şi pot folosi rezultatele măsurătorilor efectuate pentru a studia modificările de temperatură la nivelul solului şi al suprafeţei apelor.

Există şi alte surse de căldură pe suprafaţa planetei, precum erupţiile de lavă ori incendiile de pădure. Instrumentul MODIS (spectroradiometrul imagistic cu rezoluţie moderată) de la bordul sateliţilor Aqua şi Terra folosesc date în infraroşu pentru a monitoriza sursele de fum şi a localiza incendiile de pădure. Acest tip de informaţie se poate dovedi esenţial în cadrul eforturilor de stingere a incendiilor, atunci când avioanele de recunoaştere ale pompierilor nu pot zbura în zone cu fum extrem de dens. De asemeni, datele obţinute prin intermediul radiaţiei infraroşii pot ajuta oamenii de ştiinţă să distingă între focurile mocnite şi incendiile extrem de agresive.

 

Incendii de padure in nordul Californiei
Localizarea unor incendii de pădure în nordul Californiei cu ajutorul datelor din domeniul infraroşu.

 

DOMENIUL INFRAROŞU APROPIAT

O porţiune a spectrului de radiaţie infraroşie care se află în imediata vecinătate a luminii vizibile poartă numele de domeniu infraroşu apropiat. Pentru a studia sănătatea vegetaţiei şi compoziţia solului, oamenii de ştiinţă studiază modul în care este reflectată, absorbită şi transmisă la nivelul solului radiaţia din domeniul infraroşu apropiat provenind de la Soare. Deseori este de preferat această metodă în defavoarea studierii emisiilor infraroşii ale obiectelor.

 

Infrarosul apropiat
Domeniul infraroşu apropiat.
Clic pe imagine pentru a o mări.



STAREA DE SĂNĂTATE A VEGETAŢIEI


Ochiul uman percepe frunza ca fiind de culoare verde deoarece lungimile de undă din zona verde a spectrului sunt reflectate de pigmenţii frunzei, în timp ce celelalte componente ale domeniului vizibil sunt absorbite. În plus, anumite părţi componente ale plantelor reflectă, transmit şi absorb diferite porţiuni ale radiaţiei infraroşii apropiate pe care noi nu le putem detecta cu ochiul liber.

Radiaţia infraroşie apropiată poate fi detectată de sateliţi, permiţând oamenilor de ştiinţă studierea vegetaţiei din spaţiu. O vegetaţie sănătoasă absoarbe lumina albastră şi roşie pentru a alimenta procesele de fotosinteză şi a genera astfel clorofilă. O plantă cu mai multă clorofilă va reflecta mai multă radiaţie din domeniul infraroşu apropiat decât una bolnavă. Astfel, analizând spectrele de absorbţie şi emisie din domeniile vizibil şi infraroşu ale plantelor se pot obţine informaţii despre starea de sănătate şi productivitatea acestora.

 

Frunza sanatoasa
Reflectarea radiaţiei infraroşii în cazul unei frunze sănătoase.

 

FILMĂRI ÎN INFRAROŞU

Înregistrările color în infraroşu pot surprinde pe peliculă energia din domeniul infraroşu apropiat şi pot ajuta oamenii de ştiinţă să studieze acele boli ale plantelor caracterizate de schimbări de pigmentare şi structură celulară. Cele două imagini de dedesubt  scot în evidenţă diferenţa dintre o fotografie color în infraroşu şi una normală.

 

fotografii copaci
Imagini în infraroşu şi în spectrul vizibil ale unor copaci.



SEMNĂTURI SPECTRALE ALE VEGETAŢIEI

Datele provenind de la instrumentele ştiinţifice moderne pot furniza măsurători mai precise decât înregistrările analogice. Cercetătorii generează grafice pe baza măsurătorilor, examinează modelele unice de absorbţie şi reflecţie în domeniile infraroşu şi vizibil şi folosesc această informaţie pentru a identifica diferitele tipuri de plante. Graficul de dedesubt înfăţişează diferenţele dintre semnăturile spectrale ale porumbului, soiei şi arborilor lalea.



semnaturi spectrale ale vegetatiei
Semnături spectrale: roşu - porumb, verde - arbore lalea, albastru - soia.



EVALUAREA VEGETAŢIEI DIN SPAŢIU

Datele şi imaginile provenind de la sateliţii Serviciului Geologic al SUA (USGS) şi ai NASA sunt folosite de către Ministerul Agriculturii al SUA pentru a prognoza an de an productivitatea agricolă. Datele satelitare ajută fermierii să localizeze zonele în care culturile sunt infestate, deteriorate sau într-o stare normală.

 

Landsat 7
Satelitul Landsat 7


Datele în infraroşu apropiat colectate de satelitul Landsat 7, precum imaginea de mai jos de pe teritoriul statului Minnesota, pot ajuta fermierii să estimeze starea de sănătate a culturilor. Umbrele în roşu din această imagine scot în evidenţă culturile sănătoase, iar nuanţele mai apropiate de galben le scot la iveală pe cele infestate.

 

Culturi din Minnesota observate in infrarosu



COMPOZIŢIA SOLULUI

Datele din domeniul infraroşu apropiat ajută şi la identificarea tipurilor de roci şi a solurilor. Imaginea de mai jos a zonei Văii Saline din California a fost obţinută de către radiometrul ASTER de la bordul satelitului Terra al NASA. Datele colectate de ASTER în benzile de infraroşu apropiat de 0.81, 0.56 şi 0.66 microni sunt prelucrate pe computer, rezultând imagini ca cea de mai jos. Vegetaţia apare cu culoarea roşu, zăpada şi lacurile sărate sunt albe, iar rocile au nuanţe de maroniu, gri, galben şi albastru. Culorile rocilor indică în principal prezenţa minereurilor feroase, dar şi variaţii ale albedoului (energia solară reflectată de suprafaţa respectivă).

 

Saline Valley, California


PLANETELE ÎN INFRAROŞU APROPIAT

Imaginea de mai jos a planetei Jupiter combină date în domeniul infraroşu apropiat şi cel vizibil despre lumina solară reflectată de norii gigantei gazoase. Deoarece metanul aflat în compoziţia atmosferei lui Jupiter limitează penetrarea luminii solare, cantitatea de energie din zona infraroşie apropiată reflectată variază în funcţie de altitudinea norilor. Imaginea rezultată înfăţişează această diferenţă de altitudine prin diferite culori. Galbenul corespunde norilor de mare altitudine, roşul unei altitudini mai mici a norilor şi albastrul norilor şi mai joşi din atmosfera lui Jupiter. Spectrometrul NICMOS de la bordul telescopului spaţial Hubble al NASA a recepţionat această imagine în momentul unei rare alinieri a celor mai mari sateliţi ai lui Jupiter - Io, Ganimede şi Calisto, de-a lungul feţei vizibile planetei.

 

Jupiter in infrarosu
Jupiter în infraroşu

 

Spectrul EM - (5) - Domeniul vizibil

 

_______
Notă: articolul de mai sus conţine informaţii şi imagini prezentate în film şi în această broşură
.
Traducerea şi adaptarea: Scientia.ro.
Credit:
Mission:Science, NASA