 |
AEEA 天文教育資訊網 |
| |
AEEA 天文教育資訊網 |
壹、何謂「 紅外光 」？
紅外光 (IR，Infrared) 是
電磁波輻射 (Electromagnetric Radiation) 中
波長 (Wavelength) 略大於
可見光 (visible light) 、而小於
微波 (microwave) 波段的輻射。
「紅外」英文字義為「below red」，是緣由於希臘字義「Infra」red。
而 紅外光 是可見光中極為明顯的色光，
波長約在 700 nm (700 奈米，1 奈米為 10- 9 公尺)。
紅外光是由 750 奈米至 1 mm (1 毫米、1 公釐 = 10- 3 公尺) 的波場所組成，
尤其是在 750 毫米和 780 毫米的紅外光雷射最有名。紅外光的來源，經常是室溫或略高於室溫的物質所產生的
「 熱輻射 (thermal radiation)」。
紅外光 是 M. Herschel 於 1800 年所發現的。
紅外光有著顯著的 熱效應 ，
可用溫差電藕、光敏電阻或光電管等儀器探測。
按照來源與應用等波長特徵，紅外光可略分成下列數個主要波段：
一、0.75 ─ 1.4 μm ( 微米，1 μm = 10-6 公尺) 波長的「 近紅外 (NIR ，IR-A DIN)」，
主要特徵是此波段的波能量可以被水吸收。因為這個波段對於 Si O2
玻璃介質的低穿透率而常被用於光纖通訊。上圖是紅外光在地球大氣的穿透率，以及被何種中分子吸收的說明。
二、介於 1.4 ─ 3 μm 波長的「短波長紅外 ( SWIR ，IR-B DIN)」，
主要特徵是水對於 1450 nm 波長有極靈敏的吸收高峰。
三、介於 3 ─ 8 μm 波長的「中波長紅外 ( MWIR ，IR-C DIN，IIR)」。
四、介於 8 ─ 15 μm 波長的「長波長紅外 ( LWIR )」。
五、介於 15 ─ 1000 μm 波長的「 遠紅外 ( FIR )」。
貳、何謂「紅外光天文學」？
電磁輻射 (Electromagnetic
Radiation) 是一種波動的能量。 電磁輻射說明 電磁波 的發射和傳播，
是透過 空間 或介質傳遞其能量。
依據 各個波段具有的能量特徵 ，
可得知在非常低溫下 (接近絕對零度時)，物質內的原子僅能輻射出無線電波和微波；
當在攝氏零度左右 (水的冰點) 則原子可輻射 紅外光 ；
在表面溫度約攝氏 5 ∼ 6 千度的物質，才會有可見光的輻射；在溫度 1 ∼ 100 萬度的物體表面，就會發出
紫外光 ； 在溫度百萬度的物體表面，就會有
X 射線 ；到了表面溫度達百億度的物體表面，
也會有 伽瑪射線 呈現。
為了精確地說明各電磁波段偵測到的主要溫度分布，特別表列如下：
| 電磁波形式 | 無線電波 | 紅外光 | 可見光 | 紫外光 | X 射線 | γ 射線 |
| 偵測的溫度範圍 | < 10 K | 10 ~ 103 K | 103 ~ 104 K | 104 ~ 106 K | 106 ~ 108 K | > 108 K |
紅外光天文觀測 用於偵測星際間星體的
「紅外輻射 (infrared radiation)」(或是熱源)。
因為宇宙裡絕大多數的物體表面都有著 熱輻射現象 ，
所以紅外光觀測可用以研究星體表面的 溫度 狀況。
在天文觀測中，紅外光觀測用於偵測 1 ∼ 300 微米 (micron，1 微米 = 10-6 公尺)
波長的 輻射 。
到底紅外光觀測能夠幫我們偵測到何等的現象呢？
因為紅外光的波長極接近 可見光 的波段，
首先可以用它來幫我們確認可見光的觀測結果。 其次，運用紅外光來進行可見光波段附近、而我們無法目視到的宇宙探索。 再其次，是依據「熱輻射 (Thermal radiation)」的論點，當物體受熱時，由其 原子 或分子的熱擾動，
激發 物體放出
輻射 能量。
熱輻射與物體的性質及 溫度有關 ，
其輻射能量是 連續能譜 ，
以 電磁波形式 向四面八方傳遞，
其輻射能量對波長的分布 呈山峰狀 ，
峰頂所對應的波長 λmax 和物體表面溫度 T ，
可用韋恩 (Wilhelm Wien, 1864 - 1928)
對於黑體輻射的「位移定律 (Wien's displacement law)」來討論，
在一定溫度時，能量密度對輻射波長的關係式：
「在能量密度最大處之波長與 絕對溫度 T 的乘積為定值」
或表示成 λmax•T = 0.0029 m K。
所以紅外光觀測適合於用來偵測星際間較冷的物質，以及對於宇宙早期的瞭解。
參、 紅外光天文史 ：
最近更新日期 : 2011/6/22