Promieniowanie podczerwone. Jak wygląda kosmos oglądany w podczerwieni?

Zgodnie z encyklopedyczną definicją, promieniowanie podczerwone (promieniowanie infraczerwone, podczerwień) to promieniowanie elektromagnetyczne o fali długości 0,76–ok. 2000 µm, nie wywołujące wrażeń wzrokowych u człowieka. Promieniowanie podczerwone odkrył w 1800 roku William Herschel.

Istnienie promieniowania podczerwonego każdy jest w stanie stwierdzić samodzielnie - czujemy bowiem ciepło od obiektów o wysokiej temperaturze, nawet stojąc w oddaleniu od nich. Wyczuwamy je również w ciemności, ale nie widzimy. W 1800 roku brytyjski naukowiec, sir William Herschel, postanowił zmierzyć ilość energii cieplnej przenoszonej przez poszczególne kolory. W tym celu umieścił termometr w widmie optycznym uzyskanym z pryzmatu.

Jak odkrył, termometr wskazuje najwyższą temperaturę gdy znajdzie się na nieoświetlonym miejscu, poniżej koloru czerwonego. To oznaczało, że musi istnieć promieniowanie - niewidoczna dla ludzkiego oka fala świetlna, która przenosi ciepło. 

Fale podczerwone, znane także jako promieniowanie IR, to rodzaj fal elektromagnetycznych, których długość znajduje się pomiędzy światłem w zakresie widzialnym a falami radiowymi. Podczerwień długość fali to zakres od 780 nanometrów do 1 milimetra.

Od odkrycia podczerwieni do wykorzystania jej do badań kosmosu musiało upłynąć sporo czasu. Powód był prozaiczny - zdecydowana większość fal z zakresu podczerwieni jest pochłaniana przez atmosferę, przede wszystkim parę wodną. To sprawia, że obserwacja obiektów kosmicznych w podczerwieni z Ziemi jest praktycznie niemożliwa. Wyjątkiem są tu bardzo suche i położone wysoko miejsca, które jednak z natury rzeczy są ciężko dostępne dla badaczy. Rewolucją w badaniu kosmosu poprzez promieniowanie podczerwone było wysłanie na orbitę przystosowanych do tego satelit. Pierwszą był chłodzony nadciekłym helem IRAS (Infrared Astronomical Satellite). Dzięki obserwacjom nieba w czterech pasmach dalekiej podczerwieni wykrył około 350 tys. źródeł promieniowania, zwiększając liczbę wszystkich skatalogowanych ówcześnie obiektów astronomicznych aż o 70 procent. Tak wielka skala odkryć pociągnęła za sobą kolejne misje satelitów - COBE. ISO, AKARI. W 2003 roku NASA wystrzeliła w przestrzeń kosmiczną, na orbitę okołosłoneczną, teleskop kosmiczny Spitzera, o średnicy lustra 85 cm. Dzięki temu przyrządowi optycznemu udało się zarejestrować pierwszy bezpośredni pomiar natężenia promieniowania od planety pozasłonecznej.

14 maja 2009 roku rakieta Ariane wyniosła na orbitę Kosmiczne Obserwatorium Herschela, w skrócie nazywane Herschelem. To teleskop Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA) przeznaczone do prowadzenia obserwacji astronomicznych w zakresie dalekiej podczerwieni. Do wyczerpania zapasu helu w 2013 roku dokonał wielu obserwacji, których analiza trwała przez kolejne lata.

ZOBACZ TEŻ: Obszar W3. Tu rodzą się i umierają gwiazdy

Zasadniczo promienie podczerwone widać dla ciała rozgrzanego powyżej zera bezwzględnego. Co ważne, w astronomii dzieli się podczerwień na bliską, średnią i daleką. W zależności od jej rodzaju możemy dostrzec zupełnie różne obiekty w przestrzeni kosmicznej. Dla bliskiej podczerwieni uzyskamy widok na bardzo intensywne światło generowane przez miliardy gwiazd, natomiast dalsze obiekty są niedostępne ze względu na zasłaniający je pył. W średniej podczerwieni nadal będziemy w stanie zobaczyć głównie gwiazdy, ale pył międzygwiezdny stanie się już bardziej przejrzysty. Natomiast najciekawsze efekty przyniesie nam zastosowanie dalekiej podczerwieni: dzięki niej zobaczymy to, co jest za pyłem międzygwiezdnym. To właśnie dzięki takim obserwacjom stanie się możliwe np. dostrzeżenie obiektów zbyt zimnych, aby była możliwa ich obserwacja w świetle widzialnym. Gdy na tafli danej gwiazdy zostanie zarejestrowana redukcja blasku mierzona w podczerwieni, to jest to jedna z przesłanek sugerujących efekt orbitującej wokół niej planety.

Oprócz opisanego powyżej zastosowania podczerwieni w astronomii, promienie podczerwone można wykorzystywać wszędzie tam, gdzie podstawowym parametrem jest temperatura. Czujniki podczerwieni są powszechnie stosowane w przemyśle, a spektrum ich zastosowań jest bardzo szerokie. Pomagają wykrywać defekty podzespołów, sprawdzać temperaturę produktów spożywczych, czy też monitorować stan półprzewodników. Światło podczerwone jest wykorzystywane na szeroką skalę w badaniach naukowych, medycynie i wojsku.

ZOBACZ TEŻ: Ludzkość straciła kosmiczne oko

Źródła: Encyklopedia PWN americanscientist.org/article/herschel-and-the-puzzle-of-infrared urania.edu.pl/zasoby/wszechswiat-w-podczerwieni.html openaccessgovernment.org/infrared-light/120262/