How big is Kızılötesi Dalga Boyu?

Kızılötesi ışık, dalgaları insan gözünün göremeyeceği kadar uzun olan ışıktır. Bu site, 15 mikrometre uzunluğunda bir kızılötesi dalga gösteriyor. Bir mikrometre, bir metrenin milyonda biri, yani bir milimetrenin binde biridir. Bu uzunluktaki dalgalar, Dünya’nın ısı olarak yaydığı dalgalar arasındadır.

Dalga boyu

Işık dalga hâlinde yayılır; dalga boyu da dalganın bir tepesinden bir sonraki tepesine olan uzaklıktır. Kızılötesi dalgalar, görünür ışığın dalgalarından daha uzundur. İnsanlar bunları göremez, ama bir kısmını ısı olarak hissedebilir.

Uluslararası Aydınlatma Komisyonu (CIE), kızılötesi aralığını yaklaşık 780 nanometre ile 1 milimetre arasında tanımlıyor. Bir nanometre, bir mikrometrenin binde biridir. En uzun kızılötesi dalgalar, en kısa olanların yaklaşık 1.300 katı uzunluğundadır. CIE bu aralığı IR-A (780–1.400 nanometre), IR-B (1,4–3 mikrometre) ve IR-C (3 mikrometre ile 1 milimetre arası) olarak ayırır; dolayısıyla 15 mikrometrelik bir dalga IR-C’dir.

Başka alanlar yakın, orta ve uzak kızılötesinden söz eder; CIE de bunlar arasındaki sınırların uygulamaya göre değiştiğini belirtir. NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu 4,9–28,8 mikrometreyi orta kızılötesi sayar. Yer bilimciler 8–15 mikrometreye termal kızılötesi der, çünkü bu dalga boyları Dünya’nın yaydığı ısıyı incelemek için en uygun olanlardır. Bu sitedeki 15 mikrometre, bu bandın uzun kenarındadır.

Boyut karşılaştırmaları

Uç uca dizilen yaklaşık beş ila yedi tane 15 mikrometrelik dalga, bir insan saçının kalınlığını baştan başa kaplardı; insan saçının kalınlığı 80–100 mikrometredir.
15 mikrometrelik bir dalga, insanların görebildiği en uzun dalga olan kırmızı ışık dalgasının (yaklaşık 700 nanometre) yaklaşık 20 katı uzunluğundadır.
Bir televizyon kumandası, yaklaşık 940 nanometre uzunluğunda kızılötesi ışık kullanır. 15 mikrometrelik bir dalga bunun 16 katı uzunluğundadır.
15 mikrometrelik bir dalga, bu sitede yanında yer alan 10 mikrometrelik akyuvarın 1,5 katı genişliğindedir; 7–8 mikrometre çapındaki bir alyuvarın ise yaklaşık iki katı genişliğindedir.

Kızılötesi ışık ve ısı

William Herschel, kızılötesi ışığı 1800’de keşfetti. Güneş ışığının her rengine bir termometre yerleştirdi ve sıcaklığın maviden kırmızıya doğru arttığını saptadı. Hiç ışık göremediği kırmızı ucun ötesinde ise sıcaklık daha da yüksekti.

Ateş gibi çok sıcak nesneler, kızılötesinin yanı sıra görünür ışık da yayar. İnsanlar ve hayvanlar gibi daha soğuk nesneler yalnızca kızılötesi yayar. Kızılötesi kameralar ve gece görüş gözlükleri bu ışığı algılar; böylece gözlerin göremediği sıcak cisimleri gösterebilir.

Dünya’nın ısısı ve karbon dioksit

Dünya, ısıyı kızılötesi ışık olarak uzaya kaybeder. Avrupa Uzay Ajansı, Dünya’nın yaydığı enerjinin yüzde 97’sinden fazlasının 4 ile 100 mikrometre arasındaki dalga boylarında olduğunu bildiriyor. Havadaki gazlar bu enerjinin bir kısmını soğurur ve yüzeyi ısıtır; buna sera etkisi denir. Sera etkisi, Dünya’nın ortalama yüzey sıcaklığını yaklaşık 15 santigrat derecede tutar; bu, atmosfer olmasaydı olacak sıcaklıktan 30 santigrat dereceden fazla yüksektir.

Karbon dioksit, yaklaşık 12–13 mikrometreden uzun kızılötesi ışığı, 15 mikrometre de dahil, güçlü biçimde soğurur. Bu aralık, Dünya yüzeyinin en çok enerji yaydığı dalga boyuna, yani yaklaşık 12,5 mikrometreye yakındır. Su buharı, yaklaşık 8 ile 14 mikrometre arasındaki ışığın çok azını soğurur. Bu aralık bir atmosfer penceresidir ve ışığın büyük bölümü bu pencereden uzaya kaçar; daha fazla karbon dioksit bu pencereyi kısmen kapatır.

Uzayı 15 mikrometrede görmek

Webb teleskobunun MIRI olarak bilinen Orta Kızılötesi Aygıtı, 15 mikrometrede görüntü alabilir. Aygıtın detektörlerinin 7 kelvinin, yani mutlak sıfırın 7 derece üzerindeki sıcaklığın, altında tutulması gerekir; mutlak sıfır, olası en düşük sıcaklıktır. Teleskop, yalnızca bu detektörler için kriyosoğutucu denen bir soğutucu taşır.

2023’te gökbilimciler, Dünya’dan yaklaşık 40 ışık yılı uzaklıktaki kayaç yapılı bir gezegen olan TRAPPIST-1 b’nin sıcaklığını ölçmek için MIRI’yi kullandı. Bir ışık yılı, ışığın bir yılda kat ettiği uzaklıktır. Gezegenin gündüz tarafı, 15 mikrometrede yaklaşık 500 kelvin (yaklaşık 230 santigrat derece) sıcaklığındaki bir yüzey kadar parlak ışıldadı.

Bu, ısıyı etrafa dağıtacak atmosferi olmayan çıplak kayayla uyumludur. Karbon dioksiti bol bir atmosfer 15 mikrometrelik ışığı daha az yayardı ve gezegenin daha soğuk görünmesine yol açardı.