Cos'è l'infrarosso termico

La sola regione dello spettro elettromagnetico a cui i nostri occhi siano sensibili è il range ``visibile'' identificato nel diagramma dai colori dell'arcobaleno.

Figure: Rappresentazione dello spettro elettromagnetico.

Il cosiddetto spettro elettromagnetico è composto dai vari tipi di radiazioni elettromagnetiche e, precisamente, dai raggi Gamma, i raggi X, i raggi ultravioletti, i raggi visibili, i raggi infrarossi, le microonde, le onde radio. Partendo dai raggi gamma, fino ad arrivare alle onde radio, la lunghezza d'onda aumenta e la frequenza diminuisce; ad esempio, le onde infrarosse hanno lunghezza d'onda maggiore dei raggi visibili e minore delle microonde (oppure frequenza piu' bassa di quella dei raggi visibili e piu' alta delle microonde). Le radiazioni infrarosse costituiscono la cosiddetta radiazione termica.

Il sole non è il solo oggetto che produce energia; qualunque oggetto la cui temperatura sia superiore a 0 $K$ emetterà energia. La sfida degli scienziati fù di mostrare come l'emissione di energia fosse legata alla temperatura dell'oggetto.

Se un oggetto è posto in un contenitore con pareti a temperatura uniforme, ci aspettiamo che l'oggetto raggiunga l'equilibrio termico con le pareti che lo circondano e che emetta energia così  come le pareti del contenitore. Tale oggetto assorbe e irradia la stessa quantità di energia.

Sappiamo che una superficie nera assorbe tutte le radiazioni incidenti su di essa e deve irradiarle allo stesso modo se è in equilibro termico. La radiazione in equilibrio termico è detta radiazione del corpo nero: corrisponde, cioè, alla massima energia che un corpo può emettere.

Un corpo nero è un oggetto teorico (cioè emissività 1.0) che è contemporaneamente un perfetto assorbente ed emittente radiazioni.

Comunemente si definisce una sorgente di energia nell'infrarosso un corpo nero quando la sua emissività si avvicina a 1.0 (di solito $e = 0.99$) e un corpo grigio se è inferiore. Un tipico diagramma del corpo nero è il seguente:

Figure: Rappresentazione del diagramma del corpo nero.

Il corpo umano ha una temperatura di circa 310 $K$ e irradia principalmente nell'infrarosso. Se si fotografasse una persona con una macchina fotografica sensibile a queste lunghezze d'onda, avremmo una foto ``termica'' del nostro corpo.

L'assorbimento atmosferico di energia nell'infrarosso (di cui parleremo nuovamente in seguito) o l'uso di finestre ottiche e lenti possono far variare in modo anche significativo le misure effettuate. I detector ad infrarosso possono osservare oggetti nel buio che non sono percepibili in luce visibile; proprio per questo motivo vengono utilizzati largamente in astronomia poiché riescono ad individuare corpi stellari, apparentemente invisibili.