How big is Infrapunavalguse lainepikkus?

Infrapunavalgus on valgus, mille lained on liiga pikad, et inimsilm neid näeks. Sellel saidil näidatakse 15 mikromeetri pikkust infrapunalainet. Mikromeeter on meetri miljondik ehk millimeetri tuhandik. Selle pikkusega lained kuuluvad nende hulka, mida Maa soojusena kiirgab.

Lainepikkus

Valgus levib lainena ja selle lainepikkus on kaugus ühest laineharjast järgmiseni. Infrapunalained on pikemad kui nähtava valguse lained. Neid ei saa näha, kuid mõnda neist saab tunda soojusena.

Rahvusvaheline Valgustuskomisjon (CIE) määrab infrapunavahemikuks umbes 780 nanomeetrit kuni 1 millimeeter. Nanomeeter on mikromeetri tuhandik. Pikimad infrapunalained on umbes 1 300 korda pikemad kui lühimad. CIE jaotab vahemiku kolmeks: IR-A (780–1 400 nanomeetrit), IR-B (1,4–3 mikromeetrit) ja IR-C (3 mikromeetrit kuni 1 millimeeter), seega 15 mikromeetri pikkune laine kuulub IR-C vahemikku.

Teised valdkonnad räägivad lähi-, kesk- ja kauginfrapunast ning CIE märgib, et nendevahelised piirid sõltuvad rakendusest. NASA James Webbi kosmoseteleskoop loeb keskinfrapunaks lainepikkusi 4,9–28,8 mikromeetrit. Maateadlased nimetavad 8–15 mikromeetrit termiliseks infrapunaks, sest just need lainepikkused sobivad kõige paremini Maa kiiratava soojuse uurimiseks. Sellel saidil näidatud 15 mikromeetrit asub selle vahemiku pikal serval.

Suuruste võrdlused

Umbes viis kuni seitse 15 mikromeetri pikkust lainet, otsakuti ritta pandud, ulatuksid inimese juuksekarva laiuseni, mis on 80–100 mikromeetrit.
15 mikromeetri pikkune laine on umbes 20 korda pikem kui punase valguse laine, mis on inimestele nähtavatest lainetest pikim, umbes 700 nanomeetrit.
Teleri kaugjuhtimispult kasutab umbes 940 nanomeetri pikkust infrapunavalgust. 15 mikromeetri pikkune laine on sellest 16 korda pikem.
Üks 15 mikromeetri pikkune laine on poolteist korda nii pikk kui sellel saidil kõrval oleva valgelible laius, mis on 10 mikromeetrit, ning umbes kaks korda nii pikk kui punalible läbimõõt, mis on 7–8 mikromeetrit.

Infrapunavalgus ja soojus

William Herschel avastas infrapunavalguse 1800. aastal. Ta pani termomeetrid päikesevalguse igasse värvi ja leidis, et temperatuur tõusis sinisest punaseni. Punasest otsast kaugemal, kus ta ei näinud valgust, oli veel soojem.

Väga kuumad objektid, näiteks tuli, kiirgavad nii nähtavat valgust kui ka infrapunavalgust. Jahedamad objektid, näiteks inimesed ja loomad, kiirgavad ainult infrapunavalgust. Infrapunakaamerad ja öönägemisbrillid tuvastavad seda valgust, mistõttu suudavad nad näidata soojasid kehi, mida silm ei näe.

Maa soojus ja süsinikdioksiid

Maa kaotab soojust kosmosesse infrapunavalgusena. Euroopa Kosmoseagentuur teatab, et üle 97% Maa kiiratavast energiast on lainepikkusega 4–100 mikromeetrit. Õhu gaasid neelavad osa sellest ja soojendavad pinda; seda nimetatakse kasvuhooneefektiks. See hoiab Maa pinna keskmise temperatuuri umbes 15 kraadi Celsiuse järgi, mis on rohkem kui 30 kraadi võrra soojem, kui see oleks ilma atmosfäärita.

Süsinikdioksiid neelab tugevasti infrapunavalgust, mille lainepikkus ületab umbes 12–13 mikromeetrit, sealhulgas 15 mikromeetrit. See on lähedal kohale, kus Maa pind kiirgab kõige rohkem energiat, umbes 12,5 mikromeetri juures. Veeaur neelab vähe valgust, mille lainepikkus on umbes 8–14 mikromeetrit. See vahemik on atmosfääriaken, mille kaudu pääseb suur osa sellest valgusest kosmosesse, ja rohkem süsinikdioksiidi sulgeb selle akna osaliselt.

Kosmose vaatlemine 15 mikromeetri juures

Webbi teleskoobi keskinfrapunainstrument MIRI saab teha pilte 15 mikromeetri juures. Selle detektoreid tuleb hoida alla 7 kelvini, see on 7 kraadi üle absoluutse nulli, kõige madalama võimaliku temperatuuri. Teleskoobil on ainult nende jaoks eraldi külmuti, mida nimetatakse krüojahutiks.

2023. aastal mõõtsid astronoomid MIRI abil TRAPPIST-1 b temperatuuri; see on kivine planeet umbes 40 valgusaasta kaugusel Maast. Valgusaasta on vahemaa, mille valgus läbib ühe aastaga. Planeedi päevapoolne külg helendas 15 mikromeetri juures sama eredalt kui umbes 500 kelvini (umbes 230 kraadi Celsiuse järgi) temperatuuriga pind.

See vastab paljale kivimile, millel pole soojust laiali kandvat atmosfääri. Palju süsinikdioksiidi sisaldav atmosfäär oleks kiirgnud vähem 15 mikromeetri valgust ja planeet oleks paistnud jahedam.