How big is Lungimea de undă a luminii infraroșii?

Lumina infraroșie este lumina ale cărei unde sunt prea lungi pentru a fi văzute de ochiul uman. Exploratorul arată o undă infraroșie lungă de 15 micrometri. Un micrometru este o milionime de metru, adică o miime de milimetru. Undele de această lungime se numără printre cele pe care Pământul le emite sub formă de căldură.

Lungime de undă

Lumina se propagă ca undă, iar lungimea ei de undă este distanța de la o creastă a undei până la următoarea. Undele infraroșii sunt mai lungi decât undele luminii vizibile. Oamenii nu le pot vedea, dar pot simți unele dintre ele sub formă de căldură.

Comisia Internațională pentru Iluminat (CIE) stabilește domeniul infraroșu între aproximativ 780 de nanometri și 1 milimetru. Un nanometru este o miime de micrometru. Cele mai lungi unde infraroșii sunt de aproximativ 1.300 de ori mai lungi decât cele mai scurte. CIE împarte domeniul în IR-A (780–1.400 de nanometri), IR-B (1,4–3 micrometri) și IR-C (de la 3 micrometri la 1 milimetru), deci o undă de 15 micrometri este IR-C.

Alte domenii vorbesc despre infraroșu apropiat, mijlociu și îndepărtat, iar CIE notează că granițele dintre ele variază în funcție de aplicație. Telescopul spațial James Webb al NASA include în infraroșul mijlociu intervalul 4,9–28,8 micrometri. Cercetătorii care studiază Pământul numesc infraroșu termic intervalul 8–15 micrometri, deoarece aceste lungimi de undă sunt cele mai potrivite pentru studierea căldurii pe care o emite Pământul. Cei 15 micrometri din explorator se află la capătul acestei benzi dinspre lungimile de undă mari.

Comparații de dimensiune

Aproximativ cinci-șapte unde de 15 micrometri, puse cap la cap, ar acoperi grosimea unui fir de păr uman, care are 80–100 de micrometri lățime.
O undă de 15 micrometri este de aproximativ 20 de ori mai lungă decât o undă de lumină roșie, care are aproximativ 700 de nanometri și este cea mai lungă undă pe care o pot vedea oamenii.
O telecomandă de televizor folosește lumină infraroșie cu lungimea de undă de aproximativ 940 de nanometri. O undă de 15 micrometri este de 16 ori mai lungă.
O undă de 15 micrometri are de 1,5 ori lățimea unei globule albe de 10 micrometri, aflată în explorator lângă această undă, și de aproximativ două ori lățimea unei globule roșii, care are 7–8 micrometri în diametru.

Lumina infraroșie și căldura

William Herschel a descoperit lumina infraroșie în 1800. A așezat termometre în fiecare culoare a luminii solare și a constatat că temperatura crește de la albastru spre roșu. Dincolo de capătul roșu, unde nu se vedea nicio lumină, era și mai cald.

Obiectele foarte fierbinți, precum focul, emit atât lumină vizibilă, cât și lumină infraroșie. Obiectele mai reci, precum oamenii și animalele, emit doar lumină infraroșie. Camerele cu infraroșu și ochelarii pentru vedere nocturnă detectează această lumină, așa că pot arăta corpuri calde pe care ochii nu le văd.

Căldura Pământului și dioxidul de carbon

Pământul pierde căldură în spațiu sub formă de lumină infraroșie. Agenția Spațială Europeană raportează că mai mult de 97% din energia emisă de Pământ are lungimi de undă între 4 și 100 de micrometri. Gazele din aer absorb o parte din această energie și încălzesc suprafața, fenomen numit efect de seră. Acesta menține temperatura medie de la suprafața Pământului la aproximativ 15 grade Celsius, cu mai mult de 30 de grade mai ridicată decât ar fi fără atmosferă.

Dioxidul de carbon absoarbe puternic lumina infraroșie cu lungimi de undă mai mari de aproximativ 12–13 micrometri, inclusiv de 15 micrometri. Aceste lungimi de undă sunt apropiate de cea la care suprafața Pământului emite cea mai multă energie, în jur de 12,5 micrometri. Vaporii de apă absorb puțin din lumina cu lungimi de undă între aproximativ 8 și 14 micrometri, o fereastră atmosferică prin care o mare parte din ea scapă în spațiu, iar mai mult dioxid de carbon închide parțial această fereastră.

Spațiul cosmic văzut la 15 micrometri

Instrumentul pentru infraroșu mijlociu al telescopului Webb, numit MIRI, poate face imagini la 15 micrometri. Detectoarele sale trebuie menținute sub 7 kelvini, adică 7 grade peste zero absolut, cea mai joasă temperatură posibilă. Telescopul are un frigider special, numit criorăcitor, destinat numai acestor detectoare.

În 2023, astronomii au folosit MIRI pentru a măsura temperatura planetei TRAPPIST-1 b, o planetă stâncoasă aflată la aproximativ 40 de ani-lumină de Pământ. Un an-lumină este distanța pe care o parcurge lumina într-un an. Partea planetei orientată spre stea strălucea la 15 micrometri la fel de puternic ca o suprafață de aproximativ 500 de kelvini (aproximativ 230 de grade Celsius).

Aceasta corespunde unei roci goale, fără o atmosferă care să împrăștie căldura. O atmosferă bogată în dioxid de carbon ar fi emis mai puțină lumină de 15 micrometri, iar planeta ar fi părut mai rece.