In der Nähe, Mid & Far Infrared

2021-09-16

Infrarot ist normaler weise in 3 Spektral bereiche unterteilt: Nah-, Mittel-und Fern infrarot. Die Grenzen zwischen dem nahen, mittleren und fernen Infrarot bereich sind nicht vereinbart und können variieren. Der Hauptfaktor, der bestimmt, welche  Wellenlängen  Sind in jedem dieser drei Infrarot bereiche enthalten ist die Art der Detektor technologie, die zum Sammeln verwendet wird  Infrarot licht.

Seit den 1960er Jahren wurden Nahinfrarot-Beobachtungen von boden gestützten Observatorien durchgeführt. Sie werden auf die gleiche Weise durchgeführt wie Beobachtungen von sichtbarem Licht für Wellenlängen von weniger als 1 Mikron, erfordern jedoch spezielle Infrarot detektoren über 1 Mikron hinaus. Beobachtungen im mittleren und fernen Infrarot können nur von Observatorien gemacht werden, die über unsere Atmosphäre gelangen können. Diese Beobachtungen erfordern die Verwendung spezieller gekühlter Detektoren, die Kristalle wie Germanium enthalten, deren elektrischer Widerstand sehr hitze empfindlich ist.

Infrarot strahlung wird von jedem Objekt emittiert, das eine Temperatur hat (d. H. Wärme abstrahlt). Also, im Grunde alle Himmels objekte emittieren etwas Infrarot. Die Wellenlänge, bei der ein Objekt am intensivsten strahlt, hängt von seiner Temperatur ab. Wenn sich die Temperatur eines Objekts abkühlt, zeigt es sich im Allgemeinen bei weiter entfernten Infrarot wellenlängen deutlicher. Dies bedeutet, dass einige Infrarot wellenlängen besser zum Studium bestimmter Objekte geeignet sind als andere.

Der Rest dieses Artikels diskutiert haupt sächlich die Technologie der Beobachtung von Himmels objekten nach den Prinzipien der Nah-, Mittel-und Fern infrarot messung. Dies zeigt die Entfernung der Infrarot strahlung, wenn auch in sehr geringen Mengen, und die weit reichende Bedeutung des Verständnisses von Infrarot.

Visible (courtesy of Howard McCallon), near-infrared (2MASS), and mid-infrared (ISO) view of the Horsehead Nebula. Image assembled by Robert Hurt.

Sichtbar (mit freundlicher Genehmigung von Howard McCallon), Nah infrarot (2MASS) und Mittel infrarot (ISO) Ansicht des Pferdekopf nebels. Bild von Robert Hurt zusammen gestellt.

Wenn wir uns vom nahen Infrarot in den mittleren und fernen Infrarot bereich des Spektrums bewegen, erscheinen einige Himmels objekte, während andere aus dem Blickfeld verschwinden. Im obigen Bild können Sie beispiels weise sehen, wie mehr Sterne (im Allgemeinen kühlere Sterne) erscheinen, wenn wir vom Bild des sichtbaren Lichts zum Bild im nahen Infrarot bereich gelangen. Im nahen Infrarot wird der Staub ebenfalls transparent, sodass wir Regionen sehen können, die im sichtbaren Bild von Staub verborgen sind. Wenn wir zum Bild im mittleren Infrarot gehen, leuchtet der kühlere Staub selbst. Die folgende Tabelle zeigt, was wir in den verschiedenen infraroten Spektral bereichen sehen.

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NEAR INFRARED:

Zwischen etwa 0,7 und 1,1 Mikrometer können wir dieselben Beobachtungs methoden verwenden, die für Beobachtungen mit sichtbarem Licht verwendet werden, mit Ausnahme der Beobachtung mit dem Auge. Das Infrarot licht, das wir in dieser Region beobachten, ist nicht thermisch (nicht aufgrund von Wärme strahlung). Viele betrachten diesen Bereich nicht einmal als Teil der Infrarot astronomie. Über etwa 1,1 Mikrometer hinaus ist die Infrarot emission haupt sächlich Wärme oder Wärme strahlung.

Wenn wir uns vom sichtbaren Licht zu längeren Wellenlängen des Lichts entfernen, treten wir in den Infrarot bereich ein. Wenn wir den nahen Infrarot bereich betreten, verblassen die heißen blauen Sterne, die im sichtbaren Licht deutlich zu sehen sind, und kühlere Sterne werden sichtbar. Im nahen Infrarot dominieren große rote Riesensterne und rote Zwerge mit geringer Masse. Das Nah infrarot ist auch die Region, in der interstellarer Staub für Infrarot licht am transparente sten ist.

Visible (left) and Near-Infrared View of the Galactic Center .

Sichtbar (links) und nah-Infrarot-Blick auf das Galaktische Zentrum.

Visible image courtesy of Howard McCallon. The infrared image is from the 2 Micron All Sky Survey (2MASS)

Sichtbares Bild mit freundlicher Genehmigung von Howard McCallon. Das Infrarot bild stammt aus dem 2 Micron All Sky Survey (2MASS)

Beachten Sie in den obigen Bildern, wie das Zentrum unserer Galaxie, das im sichtbaren Licht (links) von dickem Staub verborgen ist, im nahen Infrarot (rechts) transparent wird. Viele der heißeren Sterne im sichtbaren Bild sind im nahen Infrarot bild verblasst. Das Nahinfrarot bild zeigt kühlere, rötliche Sterne, die in der Sicht des sichtbaren Lichts nicht erscheinen. Diese Sterne sind in erster Linie rote Zwerge und rote Riesen.

Rote Riesen sind große rötliche oder orange farbene Sterne, denen der Kern brennstoff ausgeht. Sie können bis zum 100-fachen ihrer ursprünglichen Größe anschwellen und haben Temperaturen zwischen 2000 und 3500 K. Rote Riesen strahlen am intensivsten im nahen Infrarot bereich aus.

Rote Zwerge sind die häufigsten aller Sterne. Sie sind viel kleiner als unsere Sonne und die kühlsten Sterne mit einer Temperatur von etwa 3000 K, was bedeutet, dass diese Sterne im nahen Infrarot am stärksten strahlen. Viele dieser Sterne sind im sichtbaren Licht zu schwach, um überhaupt von optischen Teleskopen erfasst zu werden, und wurden zum ersten Mal im nahen Infrarot entdeckt.

MID INFRARED:

Wenn wir in den mittleren Infrarot bereich des Spektrums eintreten, beginnen die kühlen Sterne zu verblassen und kühlere Objekte wie Planeten, Kometen und Asteroiden werden sichtbar. Planeten absorbieren Licht von der Sonne und heizen sich auf. Diese Wärme strahlen sie dann als Infrarot licht wieder ab. Dies unter scheidet sich von dem sichtbaren Licht, das wir von den Planeten sehen, das Sonnenlicht reflektiert wird. Die Planeten in unserem Sonnensystem haben Temperaturen zwischen 53 und 573 Grad Kelvin. Objekte in diesem Temperatur bereich emittieren den größten Teil ihres Lichts im mittleren Infrarot. Zum Beispiel strahlt die Erde selbst mit etwa 10 Mikrometern am stärksten aus. Asteroiden emittieren auch den größten Teil ihres Lichts im mittleren Infrarot, was dieses Wellenlängen band zum effizientes ten für die Lokal isierung dunkler Asteroiden macht. Infrarot daten können helfen, die Oberflächen zusammensetzung und den Durchmesser von Asteroiden zu bestimmen.

Der durch Sternenlicht erwärmte Staub ist auch im mittleren Infrarot bereich sehr ausgeprägt. Ein Beispiel ist der Tierkreis staub, der in der Ebene unseres Sonnensystems liegt. Dieser Staub besteht aus Silikaten (wie die Felsen auf der Erde) und hat eine Größe von einem Zehntel Mikron bis zur Größe großer Gesteine. Silikate emittieren den größten Teil ihrer Strahlung bei etwa 10 Mikrometern. Die Kartierung der Verteilung dieses Staubes kann Hinweise auf die Entstehung unseres eigenen Sonnensystems geben. Der Staub von Kometen hat auch im mittleren Infrarot eine starke Emission.

IRAS mid-infrared view of Comet IRAS-Araki-Alcock

IRAS Mid-Infrarot-Ansicht des Kometen IRAS-Araki-Alcock

Warmer interstellarer Staub beginnt auch zu leuchten, wenn wir in den mittleren Infrarot bereich eintreten. Der Staub um Sterne, die Material ausgestoßen haben, leuchtet im mittleren Infrarot am hellsten. Manchmal ist dieser Staub so dick, dass der Stern kaum durch scheint und nur im Infrarot bereich nachweisbar ist. Proto planet are Scheiben, die Materials ch scheiben, die neu bildende Sterne umgeben, leuchten auch im mittleren Infrarot hell. In diesen Scheiben werden möglicher weise neue Planeten gebildet.

FAR INFRARED:

Im fernen Infrarot sind die Sterne alle verschwunden. Stattdessen sehen wir jetzt sehr kalte Materie (140 Kelvin oder weniger). Riesige, kalte Gas-und Staub wolken in unserer eigenen Galaxie sowie in nahe gelegenen Galaxien leuchten im fernen Infrarot licht. In einigen dieser Wolken beginnen sich gerade neue Sterne zu bilden. Fern infrarot beobachtungen können diese Protos terne erkennen, lange bevor sie sich sichtbar „ einschalten “, indem sie die Wärme erfassen, die sie abstrahlen, wenn sie sich zusammenziehen.

IRAS view of infrared cirrus - dust heated by starlight

IRAS  Ansicht  Von  Infrarot  Cirrus  –  Staub  Beheizt  Von  Sternenlicht

  Das Zentrum unserer Galaxie leuchtet aufgrund der dicken Konzentration von Sternen, die in dichte Staub wolken eingebettet sind, auch im fernen Infrarot hell. Diese Sterne erwärmen den Staub und lassen ihn im Infrarot hell leuchten. Das Bild (links) unserer Galaxie, das vom COBE-Satelliten aufgenommen wurde, besteht aus Wellenlängen im fernen Infrarot von 60, 100 und 240 Mikrometern.

Mit Ausnahme der Ebene unserer eigenen Galaxie ist das hellste Fern infrarot objekt am Himmel die zentrale Region einer Galaxie namens M82. Der Kern von M82 strahlt im fernen Infrarot so viel Energie aus wie alle Sterne in unserer Galaxie zusammen. Diese Energie im fernen Infrarot stammt aus Staub, der von einer Quelle erhitzt wird, die nicht sichtbar ist. Die zentralen Regionen der meisten Galaxien leuchten im fernen Infrarot sehr hell. Mehrere Galaxien haben aktive Kerne, die in dichten Staub regionen versteckt sind. Andere, sogenannte Starburst-Galaxien, haben eine extrem hohe Anzahl neu bildenden Sterne, die interstellare Staub wolken erhitzen. Diese Galaxien übertreffen alle anderen Galaxien im fernen Infrarot weit.

Michael Hauser (Space Telescope Science Institute), the COBE/DIRBE Science Team, and NASA

Michael Hauser (Space Telescope Science Institute), das COBE/DIRBE Science Team und die NASA

IRAS infrared view of the Andromeda Galaxy (M31) - notice the bright central region.

IRAS-Infrarot ansicht der Andromeda-Galaxie (M31) -Beachten Sie den hellen zentralen Bereich.

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