科學生活為何離不開奇妙的紅外線

華興恒

隨著人們生活水平的迅速提高，各種各樣的家用電器進入了尋常百姓家。許多家用電器的使用也越來越簡單，只要輕輕一點遙控器的按鍵，就可以隨心所欲地調控這些家用電器，這可少不了紅外線的功勞??！下面就向大家簡單介紹有關紅外線的有趣問題。

紅外線是如何被發現的

發現紅外線是科學家赫舍爾的一個意外收獲。1800年，英國科學家赫舍爾做了一個太陽光光譜實驗，以測量各種色光的溫度。他把溫度計放到紅光的外側時，突然發現一個奇特的現象，只見溫度計的讀數不僅仍在繼續上升，而且比紅光區的溫度還要高。這是什么原因導致的呢？才思敏銳的赫舍爾并沒有放過這一細節，他對此進行了深入細致地研究，發現原來在紅光的外側還有一種看不見的神通廣大的紅外線。由于紅外線的波長比紅光的波長要長，因此它具有顯著的熱效應。

紅外線是一種肉眼看不見的電磁波，波長在無線電波和可見光之間，為0.75 μm～1000 μm。電磁波按波長從長到短排列的順序是：長波、中波、短波、超短波、微波、紅外線、可見光、紫外線、X射線等。X射線的波長一般不超過10nm。

后來，科學家通過深入研究發現，能夠產生紅外線的光源很多，自然界中的任何物體，只要處于絕對零度（- 273.15 ℃）以上時，都會源源不斷地向外輻射紅外線。因此紅外線與熱的關系是極為密切的。紅外線實際上是由熱輻射產生的，比如太陽既可以源源不斷地輻射出可見光，也可以不停地向外輻射出紅外線和紫外線，其中紅外線部分占了太陽總輻射量的一半左右。

一般來說，物體的溫度與輻射的紅外線密切相關，物體溫度越高，輻射紅外線的波長越短，紅外線的輻射強度也就越大?？紤]到紅外線與熱之間極為密切的關系，因此有人把紅外線叫作“熱線”。在工業上，對“高溫”物體進行測溫，科學家們早就使用“紅外線測溫儀”進行準確測量了。

紅外線成像是怎么回事

紅外線可以用于攝像技術，由于紅外線的波長比可見光要長，它不易被大氣中的微粒所散射，因此穿透能力比較強，可以較為清晰地拍攝出被濃霧或煙塵籠罩的景物。

利用紅外線掃描技術，可以隨時觀察到動態的物體的儀器，一般叫作熱像儀。它與一般電視攝像機差不多，由光學系統、紅外探測器、電子信息系統和顯示器等組成。目標物體發出的紅外線由探測器（一種高靈敏度的傳感器）轉變成電信號后，經過放大處理，最后在顯示器上以可見光的形式顯示出來。熱像儀在屏幕上顯示的“熱圖”，既可以放大，也可以縮小，還可以保存，因此顯得尤為方便。

紅外線熱成像技術是20世紀60年代發展起來的一門新技術，其發展速度驚人，現在正沿著兩個方向快速發展，一個是高精度，另一個是高速度。目前，高精度熱像儀可以分辨零點幾攝氏度甚至是零點零幾攝氏度的溫度變化;而高速度熱像儀則可以每秒鐘成像幾十幅，多用于對移動目標的連續顯示。

紅外遙感有什么用作

在高空設備中可以配備各種遙感儀器，用來感知遙遠的事物。利用可見光進行高空攝影，這就是可見光遙感;雷達是靠微波探測目標的，這可以看作是微波遙感;雖然我們的肉眼看不見紅外線，但可用專門的儀器進行遙感，這就是紅外遙感。由于紅外線占有很寬的頻帶，約為可見光的1000多倍，所以它包含著極為豐富的來自目標的信息，而且紅外遙感可以晝夜運行，即使在黑暗中也能大顯身手，因此紅外遙感在遙感技術中占有非常重要的地位。

紅外遙感的分辨能力非常驚人，在高度為幾百千米的人造衛星上，可以發現地面上一個點燃的煙頭。通過這種“紅外眼睛”的監視，在樹枝和綠色篷布掩蓋下的飛機、坦克會“原形畢露”。紅外遙感還可以透過積雪“看”到躲在雪底下的敵人，就連深藏在水下的潛艇也難以遁形;它甚至可以辨認出地面上哪些是新培的浮土和新栽的花草，從而發現對方掩藏在地下的設施。

1971年，美國就是利用這種紅外遙感技術發現了蘇聯新建的60個洲際導彈發射井。在伊拉克戰爭中，美歐聯軍更是利用紅外遙感技術偵察敵方設施，就連深藏在地下30米的軍事目標也能夠“一目了然”。

夜視儀為何能夠夜視

神奇的“夜視儀”可以在黑暗中將周圍的一切“看”得清清楚楚，夜視儀主要有下面兩種：微光夜視儀和紅外夜視儀。

夜晚只要有點點星光，微光夜視儀就可以大顯身手，儀器中的像增強管能夠把從景物發射回來的微弱光線增強，放大能力可達100萬倍以上，完全可以將微光環境中的景物看得一清二楚。

紅外夜視儀則可以在絕對黑暗的環境中使用，由于任何物體都在源源不斷地輻射紅外線，紅外夜視儀可以接收這些紅外線，通過光電轉換技術再加以放大，最后把物體顯現出來。這就是前面說的熱像儀原理，這是一種被動型紅外夜視儀。

還有一種主動型紅外夜視儀，它能夠不斷發射出紅外線，再接收從物體上反射回來的紅外線信號，進行放大處理，用來區分物體的背景。這樣不但可以看清物體的大小形狀，還可以根據多普勒效應知道物體的運動方向以及運動速度的快慢。

紅外夜視儀在濃霧中也照“看”不誤，因為紅外線有較強的穿透能力，能傳播很遠的距離。它在軍事偵察、公安消防和環境保護等方面有特殊作用。

熱成像技術可用于診斷疾病

任何物體都可以輻射紅外線，人體的溫度一般保持在37℃左右，所以人體也是一個天然的生物紅外線輻射源，人體能量的45%是以紅外線輻射的形式散發到周圍空間之中的。當人生了病或某些生理狀態發生變化時，人體的熱平衡就遭到了破壞，某些局部的溫度就會因此發生變化，這就給紅外線診斷疾病提供了很好的線索。

由于紅外線熱成像技術可以顯示人體的整個溫度分布圖，還可以得到每一時刻體溫變化的動態全貌，并且能夠拍照和保存，醫生可以分析病人的全身熱圖像，找到溫度異常區進行比較，并根據溫區變化的規律診斷疾病。例如，人類的大敵癌癥診斷非常困難，而早期發現極其重要。利用紅外線熱成像技術可以對一些癌癥作出早期診斷，如乳腺癌、甲狀腺癌、皮膚癌等。研究表明，有癌變的部位通常要比正常部位的溫度高，往往要高1℃～3℃。而這種溫度的差異，在熱成像儀上可以一目了然。另外，對于一些血管病變，如血栓形成閉塞性動脈硬化、嚴重血管狹窄等，也可在紅外線熱成像技術的幫助下作出明確診斷。

紅外線在日常生活中的應用

只要大家認真觀察一下就會發現，各種紅外線技術已經源源不斷地進入我們的生活之中，在許多場合發揮著重要的作用。

當你走近機場、賓館、商場的自動門前，大門會自動緩緩打開，等你進入之后大門又會自動關閉。自動門是怎么“看見”你的呢？原來在自動門的上方有一個紅外線光源。當人們走近大門口時，就會觸發相應的開關，于是門便自動打開了。當人們進入大門以后，光電管又可以接收到紅外線，恢復原來的狀態，因此門又會自動關閉。因此有人把這種光電管形象地叫作“電眼”， “電眼”可以在許多自動控制設備中大顯身手。

人們家里的許多電子設備，如彩色電視機、空調、電冰箱、電風扇和高級音響等，都使用了各種遙控器，而用得最多的是紅外線遙控器，它是利用小巧的電子調制器、紅外線發射管和電池組成的一種裝置。紅外線發射管可以發射出一定波長的紅外線光束，而調制器能把控制開關的低頻信號加載到紅外線上，在一定距離內（一般是10米）可以被電器中紅外線遙控接收器感知。紅外線遙控接收器主要由接收管、抗干擾電路、解調器、開關控制器等組成，根據紅外線加載的信號控制不同的頻道，因此，我們可以非常方便地轉換電視頻道或空調的溫度。

在新冠肺炎疫情肆虐期間，紅外線測溫技術為降低病毒在密集人群中擴散和傳播作出了巨大貢獻。紅外線快速溫度檢測儀不用接觸人體，只是通過接收和檢測人體紅外線輻射，就能夠在短短的1秒鐘內顯示出人體的溫度，細微的溫度變化都逃不過它的“火眼金睛”。