Kızılötesi radyasyon, radyo dalgaları, morötesi ışınım, X ışınları ve mikrodalgalar gibi elektromanyetik ışınımın bir türüdür. Kızılötesi (IR) ışık, insanların günlük hayatlarında en çok karşılaştıkları EM spektrumunun bir parçasıdır, ancak bunların çoğu fark edilmemektedir. İnsan gözleri için görünmez, ancak insanlar onu ısı olarak hissedebilir.
IR radyasyonu, ısının bir yerden diğerine aktarıldığı üç yoldan biridir. Diğer ikisisi; konveksiyon ve iletimdir. Yaklaşık 5 derece Kelvin (eksi 450 derece Fahrenhayt veya eksi 268 derece) üzerindeki bir sıcaklıkta olan her şey, IR radyasyon yayar. Tennessee Üniversitesi’ne göre, güneş enerjisi toplam enerjisinin yarısını IR olarak verir ve görünür ışığın büyük kısmı IR olarak emilir ve tekrar yayılır.
Çevre Koruma Dairesine göre , akkor ampuller, elektrik enerjisi girişlerinin sadece yüzde 10’unu görünür ışık enerjisine dönüştürür;Yaklaşık yüzde 90’ı kızılötesi radyasyona dönüştürülür. Bu tür ısı lambaları ve tost makineleri ev aletleri, ısıyı iletmek için IR radyasyon kullanır ve ayrıca malzemeleri kurutmak ve sertleştirmek için kullanılanlar gibi endüstriyel ısıtıcılar kullanılır. Bu aletler genelde görünür dalga boyunun altında pik enerji çıkışı olan kara cisim ışını yayar, ancak bazı enerji görünür kırmızı ışık olarak yayılır.
Bir TV uzaktan kumandası, kanalları değiştirmek için IR dalgalarını kullanır. NASA’ya göre, uzaktan kumandada bir IR ışık yayan diyot (LED) veya lazer, hızlı açma / kapama darbeleri gibi ikili kodlu sinyalleri gönderiyor. TV’deki bir dedektör, bu ışık paslarını bir mikroişlemciye kanal değiştirme, ses seviyesini ayarlama veya diğer işlemleri gerçekleştirme talimatı veren elektrik sinyallerine dönüştürür. IR lazerler birkaç yüz metrelik mesafelerde noktadan noktaya iletişim için kullanılabilir.
Kızılötesi Algılama
IR spektrumunun en kullanışlı uygulamalarından biri algılama ve algılama içindir. Dünya üzerindeki tüm nesneler, gece görüş gözlüklerinde ve kızılötesi kameralarda kullanılanlar gibi elektronik sensörler tarafından algılanabilen IR radyasyon veya ısı yayar. Böyle bir algılayıcının basit bir örneği, odak noktasında sıcaklık duyarlı direnci veya termistörü olan bir teleskoptan oluşan bolometre’dir . Sıcak bir cisim bu aletin görüş alanına girerse, ısı, termistör üzerindeki voltajda algılanabilir bir değişime neden olur. Gece görüş kameraları bolometre’nin daha sofistike bir versiyonunu kullanırlar. Bu kameralar tipik olarak kızılötesi ışığa duyarlı şarj kuplajlı cihaz (CCD) görüntüleme cipsleri içerir. CCD tarafından oluşturulan görüntü daha sonra görünür ışıkta çoğaltılabilir. Bu sistemler el tipi cihazlarda veya giyilebilir gece görüş gözlüklerinde kullanılabilecek kadar küçük yapılabilir. Ayrıca hedefleme için bir IR lazer ilavesi olsun veya olmasın, tabancalar için kullanılabilirler.
Kızılötesi spektroskopi , belirli dalga boylarındaki materyallerden gelen IR emisyonlarını ölçer. Bir maddenin IR spektrumu, yörüngeler ya da enerji seviyeleri arasında geçiş yaparken, fotonlar moleküllerdeki elektronlar tarafından absorbe edildiğinde ya da yayıldığında karakteristik dips ve tepeleri gösterecektir. Bu bilgi daha sonra maddeleri tanımlamak ve kimyasal reaksiyonları izlemek için kullanılabilir. Missouri Eyalet Üniversitesi fizik profesörü Robert Mayanovic’e göre, Fourier dönüşümü kızılötesi (FTIR) spektroskopisi gibi infrared spektroskopi çok sayıda bilimsel uygulama için oldukça yararlıdır. Bunlara moleküler sistemler ve grafen gibi 2D malzemeler de dahildir.
Kızılötesi Astronomi
Kaliforniya Teknoloki Enstitüsü (CalTech) kızılötesi astronomisini “evrendeki nesnelerden çıkan kızılötesi ışınımın (ısı enerjisinin tespiti ve incelenmesi)” olarak tanımlıyor. IR CCD görüntüleme sistemindeki gelişmeler, IR kaynaklarının dağılımının detaylı bir şekilde incelenmesine, bulutsuların, galaksilerin ve evrenin geniş ölçekli yapısının karmaşık yapılarının ortaya çıkmasına izin verdi.
IR gözleminin avantajlarından biri, görünür ışık yayması için çok serin nesneleri algılayabilmesidir. Bu, kuyruklu yıldızlar, asteroitler ve tüm galakside yaygındır gibi görünen yıldızlararası toz bulutları gibi daha önce bilinmeyen nesnelerin keşfedilmesine yol açtı. IR astronomisi, Missouri Eyalet Üniversitesi’ndeki astronomi profesörü Robert Patterson, gazların soğuk moleküllerini ve yıldızlararası ortamdaki toz parçacıklarını kimyasal yapısını belirlemek için gözlemlemek için özellikle yararlıdır. Bu gözlemler, IR fotonlarına duyarlı olan uzmanlaşmış yüklü çift alet (CCD) dedektörleri kullanılarak yapılır.
IR ışınımının bir diğer avantajı, daha uzun dalga boyundan ötürü, görünür ışıktan daha az dağılmaya maruz kalmasıdır. Görünür ışık gaz ve toz parçacıkları tarafından emilebilir veya yansıtılabilirken, daha uzun IR dalgaları bu küçük tıkanıklıkların etrafında basitçe dolaşır. Bu özelliğinden dolayı, IR, ışığı gaz ve toz ile örtülü nesneleri gözlemlemek için kullanılabilir. Bu tür nesneler arasında, bulutsulara veya Dünya galaksisinin merkezinde yer alan yeni oluşan yıldızlar bulunur.
Çoğu IR gözlemleri, atmosferik girişimden kaçınmak için uydular tarafından yürütülür. Bu uydulardan en belirgin olanı, gökyüzünün 12, 25, 60 ve 100 mikrometre (μm) dalga boylarında görüntü üreten Kızılötesi Astronomik Uydu (IRAS) idi. Görüntüleme sensörü, 161 libre kullanarak 2 K’ye (eksi 456 F) soğutuldu. (73 kilogram) süper akışkan sıvı helyum, bu da uydu görevini sadece 10 ay ile sınırladı. Ancak, o dönemde gökyüzünün yüzde 96’sını kapsayan bir anket tamamlandı. Birkaç asteroid, kuyruklu yıldız ve yıldızlararası toz bulutları tespit etti ve galaktik çekirdeğin ilk görüntülerini üretti. Üretilen veriler bugün gözlemleri diğer dalga boylarında yönlendirmek için kullanılmaktadır.
O zamandan bu yana, gökyüzünün belirli cisimlerini ve sınırlı alanlarını daha ayrıntılı gözlemlemek için bir dizi uydular başlatıldı. Bununla birlikte, Japon uzay ajansı JAXA’nın “ışık” için Japon olan akıllı AKIRI’yi 2006 yılına kadar başlattığı başka bir gökyüzü araştırması da yoktu . Bu uydu gelişmiş kriyojenik sistemi, misyonunun IRAS’dan yüzde 50 daha fazla 18 ay ulaşmasına izin verdi. AKIRI ayrıca IRAS’dan daha hassas ve daha yüksek çözünürlüğe sahip sensörlere sahipti; bu sayede bazı yeni veriler içeren zengin görüntüler elde edildi.
Kaynak:
NASA Misyon Bilim : Kızılötesi Dalgalar
UC Davis : Bir FTIR Spektrometresi Nasıl Çalışır?