How big is Longueur d'onde infrarouge?

La lumière infrarouge est une lumière dont les ondes sont trop longues pour que l'œil humain puisse les voir. L'explorateur montre une onde infrarouge de 15 micromètres. Un micromètre est un millionième de mètre, soit un millième de millimètre. Des ondes de cette longueur comptent parmi celles que la Terre émet sous forme de chaleur.

Longueur d'onde

La lumière se propage sous forme d'onde, et sa longueur d'onde est la distance entre deux crêtes successives. Les ondes infrarouges sont plus longues que celles de la lumière visible. On ne peut pas les voir, mais on peut en ressentir certaines sous forme de chaleur.

La Commission internationale de l'éclairage (CIE) situe le domaine infrarouge entre environ 780 nanomètres et 1 millimètre. Un nanomètre est un millième de micromètre. Les ondes infrarouges les plus longues sont environ 1 300 fois plus longues que les plus courtes. La CIE distingue l'IR-A (780 à 1 400 nanomètres), l'IR-B (1,4 à 3 micromètres) et l'IR-C (3 micromètres à 1 millimètre) ; une onde de 15 micromètres appartient donc à l'IR-C.

D'autres disciplines parlent d'infrarouge proche, moyen et lointain, et la CIE précise que les limites entre ces domaines varient selon l'application. Le télescope spatial James Webb, de la NASA, considère la plage de 4,9 à 28,8 micromètres comme le moyen infrarouge. Les spécialistes des sciences de la Terre appellent infrarouge thermique la plage de 8 à 15 micromètres, car ces longueurs d'onde sont les mieux adaptées à l'étude de la chaleur émise par la Terre. Les 15 micromètres de l'explorateur se situent à la limite supérieure de cette bande.

Comparaisons de taille

Mises bout à bout, environ cinq à sept ondes de 15 micromètres couvriraient la largeur d'un cheveu, large de 80 à 100 micromètres.
Une onde de 15 micromètres est environ 20 fois plus longue qu'une onde de lumière rouge, la plus longue que l'œil humain puisse voir, à environ 700 nanomètres.
Une télécommande de télévision utilise une lumière infrarouge d'environ 940 nanomètres. Une onde de 15 micromètres est 16 fois plus longue.
Une onde de 15 micromètres mesure 1,5 fois la largeur du globule blanc de 10 micromètres situé juste à côté dans l'explorateur, et environ deux fois la largeur d'un globule rouge, large de 7 à 8 micromètres.

Lumière infrarouge et chaleur

William Herschel a découvert la lumière infrarouge en 1800. Il a placé des thermomètres dans chaque couleur de la lumière solaire et a constaté que la température augmentait du bleu au rouge. Au-delà du rouge, là où il ne voyait plus aucune lumière, il faisait encore plus chaud.

Les objets très chauds, comme un feu, émettent à la fois de la lumière visible et de l'infrarouge. Les objets plus froids, comme les personnes et les animaux, n'émettent que de l'infrarouge. Les caméras infrarouges et les lunettes de vision nocturne détectent cette lumière et peuvent ainsi révéler des corps chauds invisibles à l'œil nu.

Chaleur terrestre et dioxyde de carbone

La Terre perd de la chaleur vers l'espace sous forme de lumière infrarouge. L'Agence spatiale européenne indique que plus de 97 % de l'énergie émise par la Terre a une longueur d'onde comprise entre 4 et 100 micromètres. Des gaz présents dans l'air en absorbent une partie et réchauffent la surface : c'est l'effet de serre. Il maintient la température moyenne de la surface terrestre à environ 15 degrés Celsius, soit plus de 30 degrés de plus que sans atmosphère.

Le dioxyde de carbone absorbe fortement la lumière infrarouge de longueur d'onde supérieure à environ 12 à 13 micromètres, ce qui inclut les 15 micromètres. Cette valeur est proche du maximum d'émission de la surface terrestre, situé vers 12,5 micromètres. La vapeur d'eau absorbe peu la lumière entre environ 8 et 14 micromètres, une fenêtre atmosphérique par laquelle une grande partie de cette énergie s'échappe vers l'espace ; une augmentation du dioxyde de carbone referme partiellement cette fenêtre.

Observer l'espace à 15 micromètres

L'instrument dans l'infrarouge moyen du télescope Webb, appelé MIRI, peut prendre des images à 15 micromètres. Ses détecteurs doivent être maintenus en dessous de 7 kelvins, soit 7 degrés au-dessus du zéro absolu, la température la plus basse possible. Le télescope emporte, rien que pour eux, un réfrigérateur appelé cryorefroidisseur.

En 2023, des astronomes ont utilisé MIRI pour mesurer la température de TRAPPIST-1 b, une planète rocheuse située à environ 40 années-lumière de la Terre. Une année-lumière est la distance que parcourt la lumière en un an. Le côté jour de la planète brillait à 15 micromètres avec l'intensité d'une surface d'environ 500 kelvins (environ 230 degrés Celsius).

Cela correspond à une roche nue, sans atmosphère pour répartir la chaleur. Une atmosphère riche en dioxyde de carbone aurait émis moins de lumière à 15 micromètres et aurait fait paraître la planète plus froide.