Optik

Elektromagnetisches Spektrum

Infrarot

  • Was haben Infrarotstrahlung …
  • … Mikro- und Radiowellen …
  • … und Licht gemeinsam?

Infrarot

Das Wichtigste auf einen Blick

  • Größenordnung der Wellenlänge: zwischen \(1\,{\rm mm}\) und \(780\,{\rm nm}\)
  • Größenordnung der Frequenz: von \(300\,{\rm GHz}\) bis \(385\,{\rm THz}\)
  • Anwendungen: Fernbedienungen, Temperaturmessung, Vegetationsbestimmung

Infrarotwellen haben Wellenlängen im Bereich von einer Stecknadelkopfgröße bis zum sichtbaren Rot 700 nm, also etwa der Größe einer Zelle.

Die ferne Infrarotstrahlung kennt jeder als die Wärmestrahlung, wie sie von einem Lagerfeuer, einem Wärmestrahler, erhitztem Asphalt oder einem Kachelofen ausgeht. In unserer Haut befinden sich temperaturempfindlichen Nervenzellen, die zwischen von außen eingestrahlter Wärme und im Körper erzeugter Wärme unterscheiden können. Auch zur Erwärmung von Speisen findet Infrarotstrahlung aus speziellen Lampen Anwendung.

Das Nahe Infrarotlicht, das nicht so stark erwärmt, wird bei der Fernbedienung von Fernsehern und Videorekordern verwendet.

Jeder Körper, der eine Temperatur besitzt, strahlt eine für diese Temperatur charakteristischen Infrarotstrahlung ab. Selbst Körper, wie Eisklumpen, die wir als kalt empfinden strahlen Infrarot mit einer für diese Temperatur charakteristischen Wellenlänge ab. Der Mensch, hier mit einem Streichholz in der Hand, strahlt mit einer Wellenlänge im Bereich von 10 Mikrometer. Welche Körperteile sind auf dem Bild am wärmsten? Was bewirkt die Brille?

Um solche Bilder zu erstellen, verwendet man Kameras mit Detektoren, die Temperaturstrahlungen sehr fein differenzieren können. Diese werden dann durch unterschiedliche Helligkeiten oder unterschiedliche Farbgebung so getönt, dass man sie interpretieren kann. Bei der Katze sind die wärmsten Strahler orange und die kältesten eisblau dargestellt. Solche Bilder geben uns ganz neue Erkenntnisse, die wir mit unserem Auge nicht sehen können.

Klapperschlangen besitzen zwischen Auge und Nasenloch das Grubenorgan. Die Grube ist von einer dünnen Membran überspannt, hinter der sich eine luftgefüllte Kammer befindet. In der Membran sitzen Nervenzellen, die Unterschiede von 0,01°C zwischen der Außen- und Luftkammertemperatur wahrnehmen. Durch das Vorhandensein von zwei Grubenorganen kann die Schlange die Richtung des Wärmeabstrahlers orten.

Die beiden Aufnahmen im nahen Infrarot zeigen Phoenix, Arizona vom Satelliten Landsat 5. Der Infrarotanteil des Sonnenlicht wird von lebenden Pflanzen besonders gut reflektiert (links hell, rechts rot dargestellt) Gebäude und Straßen absorbieren hingegen das nahe Infrarot sehr stark. Die roten Flecken sind also Felder, die blauen Bereiche ist die Stadt. Außen herum ist karge Landschaft.

Mittels Infrarotaufnahmen, kann man die Stärke der Vegetation gut darstellen (rechts). Im kleinflächigeren Bereich vergleicht man dabei Aufnahmen von mehreren Jahren mit dem Computer. Hier sind die Landsat - Aufnahmen von 1985 und 2000 verglichen. Grün ist mehr Vegetation - Rot weniger.

Die Sattelitenbilder für die Wolkenbilder werden fast ausschließlich im Infrarotbereich gemacht. Sie zeichnen die von den Wolken direkt ausgehende Wärmestrahlung auf und sind so unabhängig von der Bestrahlung der Erde von Sonnenlicht Auf diese Weise sieht man die Nachtseite der Erde genau so hell wie die Tagseite. Die Farbgebung dieses IR-Bildes wird dann je nach Verwendung so gewählt, dass ein uns einleuchtendes Bild erscheint.

Das nebenstehende Bild zeigt das Weltall mit den Augen einer Infrarotkamera, wobei die meisten Infrarotstrahler in der Scheibe der Milchstraße erscheinen. Die bändermäßige Struktur ist bedingt durch das Zusammensetzen verschiedener Bilder.

 
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