Proche, moyen et lointain infrarouge

2021-09-16

L'infrarouge est généralement divisé en 3 régions spectrales: proche, moyen et infrarouge lointain. Les frontières entre les régions infrarouges proches, moyennes et lointaines ne sont pas convenues et peuvent varier. Le facteur principal qui détermine lequel  Longueurs d'onde  Sont inclus dans chacune de ces trois régions infrarouges est le type de technologie de détecteur utilisé pour la collecte  Lumière infrarouge.

Des observations dans le proche infrarouge ont été effectuées à partir d'observatoires au sol depuis les années 1960. Ils se font à peu près de la même manière que les observations de lumière visible pour les longueurs d'onde inférieures à 1 micron, mais nécessitent des détecteurs infrarouges spéciaux au-delà de 1 micron. Les observations dans les infrarouges moyens et lointains ne peuvent être faites que par des observatoires qui peuvent dépasser notre atmosphère. Ces observations nécessitent l'utilisation de détecteurs spéciaux refroidis contenant des cristaux comme le germanium dont la résistance électrique est très sensible à la chaleur.

Le rayonnement infrarouge est émis par tout objet qui a une température (c'est-à-dire rayonne de la chaleur). Ainsi, fondamentalement, tous les objets célestes émettent un peu d'infrarouge. La longueur d'onde à laquelle un objet rayonne le plus intensément dépend de sa température. En général, lorsque la température d'un objet se refroidit, elle apparaît plus en évidence à des longueurs d'onde infrarouges plus éloignées. Cela signifie que certaines longueurs d'onde infrarouges sont mieux adaptées à l'étude de certains objets que d'autres.

Le reste de cet article traite principalement de la technologie d'observation des objets célestes en utilisant les principes de la détection dans les infrarouges proches, moyens et lointains. Cela illustre la nature de voyage à distance du rayonnement infrarouge, bien qu'en très petites quantités, et l'importance considérable de comprendre l'infrarouge.

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

Vue visible (gracieuseté de Howard McCallon), proche infrarouge (2MASS) et infrarouge moyen (ISO) de la nébuleuse Horsehead. Image assemblée par Robert Hurt.

Au fur et à mesure que nous passons du proche infrarouge aux régions infrarouges moyens et lointains du spectre, certains objets célestes apparaîtront tandis que d'autres disparaîtront de la vue. Par exemple, dans l'image ci-dessus, vous pouvez voir comment plus d'étoiles (généralement des étoiles plus froides) apparaissent lorsque nous passons de l'image de la lumière visible à l'image proche infrarouge. Dans le proche infrarouge, la poussière devient également transparente, ce qui nous permet de voir les régions cachées par la poussière dans l'image visible. Au fur et à mesure que nous passons à l'image infrarouge moyen, la poussière plus froide elle-même brille. Le tableau ci-dessous met en évidence ce que nous voyons dans les différentes régions spectrales infrarouges.

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NEAR INFRARED:

Entre environ 0,7 à 1,1 micron, nous pouvons utiliser les mêmes méthodes d'observation que celles utilisées pour les observations de la lumière visible, à l'exception de l'observation à l'œil. La lumière infrarouge que nous observons dans cette région n'est pas thermique (pas due au rayonnement thermique). Beaucoup ne considèrent même pas cette gamme comme faisant partie de l'astronomie infrarouge. Au-delà d'environ 1,1 microns, l'émission infrarouge est principalement constituée de chaleur ou de rayonnement thermique.

Lorsque nous nous éloignons de la lumière visible vers des longueurs d'onde plus longues de la lumière, nous entrons dans la région infrarouge. Lorsque nous entrons dans la région proche infrarouge, les étoiles bleues chaudes clairement vues à la lumière visible s'estompent et des étoiles plus froides apparaissent. Les grandes étoiles géantes rouges et les naines rouges de faible masse dominent dans le proche infrarouge. Le proche infrarouge est également la région où la poussière interstellaire est la plus transparente à la lumière infrarouge.

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

Vue visible (à gauche) et proche infrarouge du center galactique.

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

Image visible avec l'aimable autorisation de Howard McCallon. L'image infrarouge provient du 2 Micron All Sky Survey (2MASS)

Notez dans les images ci-dessus comment le centre de notre galaxie, qui est caché par une épaisse poussière à la lumière visible (à gauche), devient transparent dans le proche infrarouge (à droite). La plupart des étoiles les plus chaudes de l'image visible se sont estompées dans l'image proche infrarouge. L'image proche infrarouge montre des étoiles rougeâtres plus froides qui n'apparaissent pas dans la vue en lumière visible. Ces étoiles sont principalement des naines rouges et des géantes rouges.

Les géantes rouges sont de grandes étoiles rougeâtres ou orange qui sont à court de combustible nucléaire. Ils peuvent gonfler jusqu'à 100 fois leur taille d'origine et avoir des températures allant de 2000 à 3500 K. Les géantes rouges rayonnent le plus intensément dans la région proche infrarouge.

Les naines rouges sont les plus courantes de toutes les étoiles. Ils sont beaucoup plus petits que notre Soleil et sont les étoiles les plus froides ayant une température d'environ 3000 K, ce qui signifie que ces étoiles rayonnent le plus fortement dans le proche infrarouge. Beaucoup de ces étoiles sont trop faibles en lumière visible pour même être détectées par des télescopes optiques, et ont été découvertes pour la première fois dans le proche infrarouge.

MID INFRARED:

Lorsque nous entrons dans la région infrarouge moyen du spectre, les étoiles froides commencent à s'estomper et des objets plus froids tels que des planètes, des comètes et des astéroïdes sont mis en vue. Les planètes absorbent la lumière du soleil et se réchauffent. Ils réémettent ensuite cette chaleur sous forme de lumière infrarouge. Ceci est différent de la lumière visible que nous voyons des planètes qui est la lumière du soleil réfléchie. Les planètes de notre système solaire ont des températures allant d'environ 53 à 573 degrés Kelvin. Les objets de cette plage de température émettent l'essentiel de leur lumière dans l'infrarouge moyen. Par exemple, la Terre elle-même rayonne le plus fortement à environ 10 microns. Les astéroïdes émettent également l'essentiel de leur lumière dans l'infrarouge moyen, ce qui fait de cette bande de longueur d'onde la plus efficace pour localiser les astéroïdes sombres. Les données infrarouges peuvent aider à déterminer la composition de la surface et le diamètre des astéroïdes.

La poussière réchauffée par la lumière des étoiles est également très importante dans l'infrarouge moyen. Un exemple est la poussière zodiacale qui se trouve dans le plan de notre système solaire. Cette poussière est composée de silicates (comme les roches sur Terre) et varie en taille d'un dixième de micron jusqu'à la taille de grosses roches. Les silicates émettent la plupart de leur rayonnement à environ 10 microns. La cartographie de la distribution de cette poussière peut fournir des indices sur la formation de notre propre système solaire. La poussière des comètes a également une forte émission dans le moyen infrarouge.

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

Vue infrarouge moyen IRAS de la comète IRAS-Araki-Alcock

La poussière interstellaire chaude commence également à briller lorsque nous entrons dans la région infrarouge moyen. La poussière autour des étoiles qui ont un matériau éjecté brille le plus dans l'infrarouge moyen. Parfois, cette poussière est si épaisse que l'étoile brille à peine et ne peut être détectée que dans l'infrarouge. Les disques protoplanétaires, les disques de matériau qui entourent les étoiles nouvellement formées, brillent également dans l'infrarouge moyen. Ces disques sont l'endroit où de nouvelles planètes sont éventuellement en train de se former.

FAR INFRARED:

Dans l'infrarouge lointain, les étoiles ont toutes disparu. Au lieu de cela, nous voyons maintenant de la matière très froide (140 Kelvin ou moins). D'énormes nuages froids de gaz et de poussière dans notre propre galaxie, ainsi que dans les galaxies voisines, brillent dans l'infrarouge lointain. Dans certains de ces nuages, de nouvelles étoiles commencent tout juste à se former. Les observations infrarouges lointaines peuvent détecter ces protoétoiles bien avant qu'elles ne «s'allument» visiblement en détectant la chaleur qu'elles rayonnent au fur et à mesure de leur contraction.

IRAS view of infrared cirrus - dust heated by starlight

IRAS  Vue  De  Infrarouge  Cirrus  –  Poussière  Chauffé  Par  Lumière des étoiles

  Le centre de notre galaxie brille également de mille feux dans l'infrarouge lointain en raison de l'épaisse concentration d'étoiles incrustées dans de denses nuages de poussière. Ces étoiles chauffent la poussière et la font briller dans l'infrarouge. L'image (à gauche) de notre galaxie prise par le satellite COBE, est un composite de longueurs d'onde infrarouges lointaines de 60, 100 et 240 microns.

À l'exception du plan de notre propre galaxie, l'objet infrarouge lointain le plus brillant du ciel est la région centrale d'une galaxie appelée M82. Le noyau de M82 rayonne autant d'énergie dans l'infrarouge lointain que toutes les étoiles de notre Galaxie combinées. Cette énergie infrarouge lointain provient de la poussière chauffée par une source cachée de la vue. Les régions centrales de la plupart des galaxies brillent très fortement dans l'infrarouge lointain. Plusieurs galaxies ont des noyaux actifs cachés dans des régions denses de poussière. D'autres, appelées galaxies en étoile, ont un nombre extrêmement élevé d'étoiles nouvellement en formation chauffant des nuages de poussière interstellaires. Ces galaxies, éclipsent de loin toutes les autres galaxies dans l'infrarouge lointain.

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

Michael Hauser (Space Telescope Science Institute), l'équipe scientifique COBE/DIRBE et la NASA

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

Vue infrarouge IRAS de la galaxie d'Andromède (M31) -remarquez la région centrale lumineuse.

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