How big is Golflengte infrarood licht?

Infrarood licht is licht met golven die te lang zijn om met het menselijk oog te zien. De verkenner toont een infraroodgolf van 15 micrometer lang. Een micrometer is een miljoenste van een meter, oftewel een duizendste van een millimeter. Golven van deze lengte behoren tot de golven die de Aarde als warmte afgeeft.

Golflengte

Licht beweegt zich voort als een golf, en de golflengte is de afstand van de ene golftop tot de volgende. Infraroodgolven zijn langer dan de golven van zichtbaar licht. Mensen kunnen ze niet zien, maar sommige ervan wel voelen als warmte.

De Internationale Commissie voor Verlichting (CIE) laat het infraroodbereik lopen van ongeveer 780 nanometer tot 1 millimeter. Een nanometer is een duizendste van een micrometer. De langste infraroodgolven zijn ongeveer 1.300 keer zo lang als de kortste. De CIE verdeelt het bereik in IR-A (780–1.400 nanometer), IR-B (1,4–3 micrometer) en IR-C (3 micrometer tot 1 millimeter), dus een golf van 15 micrometer valt in IR-C.

In andere vakgebieden spreekt men van nabij-infrarood, midden-infrarood en ver-infrarood, en de CIE merkt op dat de grenzen daartussen per toepassing verschillen. De James Webb-ruimtetelescoop van NASA rekent 4,9–28,8 micrometer tot het midden-infrarood. Aardwetenschappers noemen 8–15 micrometer het thermische infrarood, omdat die golflengten het meest geschikt zijn om de warmte te bestuderen die de Aarde afgeeft. De 15 micrometer in de verkenner ligt aan de langgolvige rand van dat gebied.

Groottevergelijkingen

Ongeveer vijf tot zeven golven van 15 micrometer, achter elkaar gelegd, zouden de breedte van een mensenhaar beslaan, dat 80–100 micrometer breed is.
Een golf van 15 micrometer is ongeveer 20 keer zo lang als een golf van rood licht van ongeveer 700 nanometer, de langste golf die mensen kunnen zien.
Een afstandsbediening van een tv gebruikt infrarood licht met golven van ongeveer 940 nanometer lang. Een golf van 15 micrometer is 16 keer zo lang.
Eén golf van 15 micrometer is 1,5 keer de breedte van de witte bloedcel van 10 micrometer die in de verkenner direct naast deze golf staat, en ongeveer twee keer de breedte van een rode bloedcel, die 7–8 micrometer breed is.

Infrarood licht en warmte

William Herschel ontdekte het infrarode licht in 1800. Hij plaatste thermometers in elke kleur van het zonlicht en stelde vast dat de temperatuur steeg van blauw naar rood. Voorbij het rode uiteinde, waar hij geen licht kon zien, was het nog warmer.

Zeer hete voorwerpen, zoals een vuur, geven zowel zichtbaar licht als infrarood licht af. Koelere voorwerpen, zoals mensen en dieren, geven alleen infrarood licht af. Infraroodcamera's en nachtzichtbrillen nemen dat licht waar en kunnen zo warme lichamen laten zien die het oog niet ziet.

De warmte van de Aarde en koolstofdioxide

De Aarde verliest warmte aan de ruimte in de vorm van infrarood licht. Het Europees Ruimteagentschap meldt dat meer dan 97 procent van de energie die de Aarde afgeeft, golflengten heeft tussen 4 en 100 micrometer. Gassen in de lucht nemen een deel van die energie op en verwarmen zo het oppervlak. Dat heet het broeikaseffect. Het broeikaseffect houdt de gemiddelde temperatuur van het aardoppervlak op ongeveer 15 graden Celsius, meer dan 30 graden warmer dan het zonder atmosfeer zou zijn.

Koolstofdioxide neemt infrarood licht met een golflengte langer dan ongeveer 12–13 micrometer sterk op, ook bij 15 micrometer. Dat ligt dicht bij de golflengte waarop het oppervlak van de Aarde de meeste energie afgeeft, rond 12,5 micrometer. Waterdamp neemt weinig op van het licht tussen ongeveer 8 en 14 micrometer, een atmosferisch venster waardoor een groot deel van dat licht naar de ruimte ontsnapt. Meer koolstofdioxide sluit dat venster gedeeltelijk.

De ruimte bekijken bij 15 micrometer

Het Mid-Infrared Instrument van de Webb-telescoop, MIRI genoemd, kan opnamen maken bij 15 micrometer. De detectoren van het instrument moeten onder 7 kelvin blijven, 7 graden boven het absolute nulpunt, de laagst mogelijke temperatuur. De telescoop heeft een koelinstallatie, een cryokoeler, uitsluitend voor deze detectoren.

In 2023 maten astronomen met MIRI de temperatuur van TRAPPIST-1 b, een rotsplaneet op ongeveer 40 lichtjaar van de Aarde. Een lichtjaar is de afstand die licht in één jaar aflegt. De dagzijde van de planeet gloeide bij 15 micrometer even fel als een oppervlak van ongeveer 500 kelvin (ongeveer 230 graden Celsius).

Die temperatuur past bij kale rots, zonder atmosfeer die de warmte kan verspreiden. Een atmosfeer met veel koolstofdioxide zou minder licht van 15 micrometer hebben afgegeven, waardoor de planeet er koeler zou hebben uitgezien.