Published in: الفيزياء

الأشعة تحت الحمراء

Author د. جاسم الفواز

Published on: 31 أكتوبر، 2023

د. جاسم الفواز

تدقيق لغوي: أ. موانا دبس

ما هي الأشعة تحت الحمراء؟

الأشعة تحت الحمراء (Infrared)، هي ذلك الجزء من الطيف الكهرطيسي الكهرومغناطيسي (Electromagnetic Spectrum)، وهي أمواجٌ غير مرئيةٍ للعين، ويمكن اكتشافه على شكل إحساسٍ بالدفء على الجلد.

ما هي مناطق نطاق الأشعة تحت الحمراء؟

ينقسم نطاق الأشعة تحت الحمراء عادةً إلى ثلاث مناطق، وهي: الأشعة تحت الحمراء القريبة، والمتوسطة، والبعيدة (Near-Mid-Far-Infrared):

1- الأشعة تحت الحمراء القريبة (أقرب إلى الطيف المرئي)، وتمتاز بأطوالٍ موجيةٍ تتراوح من 0.78 إلى حوالي 2.5 ميكرو متر (الميكرو متر أو الميكرون، هو جزءٌ من مليون جزءٍ من المتر).

2- الأشعة تحت الحمراء المتوسطة، وتمتاز بأطوالٍ موجية تتراوح من 2.5 إلى حوالي 50 ميكرو متر.

3- الأشعة تحت الحمراء البعيدة، وتمتاز بأطوالٍ موجية تتراوح من 50 إلى 1000 ميكرو متر. ^[1]

كيف اكتشِفت الأشعة تحت الحمراء؟

في عام 1800 م أجرى العالم ويليام هيرشل (William Herschel) تجربةً لقياس الفرق في درجة الحرارة بين الألوان في الطيف المرئي، حيث وضع موازين حرارة داخل كل لون من ألوان الطيف المرئي، فأظهرت النتائج زيادةً في درجة الحرارة عند التنقُّل بين الألوان من الأزرق إلى الأحمر، ولكنه لاحظ أيضاً وجود درجة حرارة أكثر دفئاً من مناطق الألوان تقع هذه المنطقة خلف الطرف الأحمر للطيف المرئي، وهو جزءٌ غير مرئي من الطيف، فكانت هذه هي الأشعة تحت الحمراء.

هل أجسامنا تُصدر الأشعة تحت الحمراء؟

يمكننا أن نشعر ببعض طاقة الأشعة تحت الحمراء على شكل حرارة، فبعض الأجسام شديدة الحرارة تنبعث منها أشعة مرئية، بالإضافة للأشعة تحت الحمراء كما تفعل النار، بينما الأجسام الأخرى، مثل الإنسان، لا تمتلك حرارةً مرتفعةً جداً، لذلك لا تصدر منه أشعةٌ مرئية إنما فقط أشعةٌ تحت الحمراء، وذلك لا ينطبق على الإنسان فقط إنما على جميع الحيوات على الأرض.

هل تستطيع أعيننا تمييز الأشعة تحت الحمراء؟

لا تستطيع أعيننا رؤية موجات الأشعة تحت الحمراء، ولكن هناك أدواتٌ يمكنها استشعار طاقة الأشعة تحت الحمراء، مثل، نظارات الرؤية الليلية، أو كاميرات الأشعة تحت الحمراء، فهي تسمح لنا برؤية موجات الأشعة تحت الحمراء المُنبعثة من الأجسام الدافئة، مثل: البشر، والحيوانات. ^[2]

ما هو التصوير بالأشعة تحت الحمراء CCD؟

أحد أهمّ مستشعرات الأشعة تحت الحمراء هو مقياس البولوميتر (Bolometer)، والذي يتكون من تلسكوبٍ مزوّدٍ بحساسٍ لدرجة الحرارة يُسمّى الثرمستور (Thermistor)، فإذا دخل جسمٌ دافئٌ إلى مجال رؤية هذا الجهاز، فإن الحرارة الناتجة عن هذا الجسم تُسبّب تغيراً في الجهد (الفولط) عبر الثرمستور، مما يعطي إشارةً كهربائيةً قابلةً للقياس.

تستخدم كاميرات الرؤية الليلية إصدارًا أكثر تطورًا من مقياس البولومتر، وتحتوي هذه الكاميرات عادةً على شرائح حساسة لضوء الأشعة تحت الحمراء تُسمّى تقنية التصوير هذه (CCD)، ويمكن بعد ذلك تصوير الجسم بـ CCD إعادة إنتاج الصورة المتكونة في الضوء المرئي.

ويمكن جعل هذه الأنظمة صغيرةً بما يكفي لاستخدامها في الأجهزة المحمولة أو نظارات الرؤية الليلية القابلة للارتداء. كما يمكن أيضًا استخدام الكاميرات لتصويب الأسلحة مع أو دون إضافة ليزر الأشعة تحت الحمراء للتصويب.

ما دور التصوير بالأشعة تحت الحمراء CCD في علم الفلك؟

يمكن دراسة الأشعة تحت الحمراء (الطاقة الحرارية) المُنبعثة من الأجسام الموجودة في الكون، وقد سمح التقدم في أنظمة التصوير بالأشعة تحت الحمراء CCD بمراقبةٍ تفصيليةٍ لتوزيع مصادر الأشعة تحت الحمراء في الفضاء، وكشف عن الهياكل المُعقّدة في السُّدم، والمجرّات، والبُنى واسعة النطاق للكون.

ما هي مزايا مراقبة الأشعة تحت الحمراء للفضاء؟

إحدى مزايا مراقبة الأشعة تحت الحمراء أنها تستطيع اكتشاف الأجسام الباردة جدًا بحيث لا يمكنها إصدار ضوءٍ مرئي، وقد أدى ذلك إلى اكتشاف أجسامٍ لم تكن معروفةً من قبل بما في ذلك المذنبات، والكويكبات، وسحب الغبار بين النجوم، والتي يبدو أنها سائدةٌ في جميع أنحاء المجرّة.

هنالك ميزةٌ أخرى للأشعة تحت الحمراء، وهي أن طولها الموجي الكبير يكسبها صفة أنها لا تتبعثر وتتشتّت مثل الضوء المرئي، ففي حين أن الضوء المرئي يمكن امتصاصه أو عكسه بواسطة جزيئات الغاز والغبار، فإن موجات الأشعة تحت الحمراء الأطول تجتاز هذه العوائق الصغيرة، وبالتالي يمكن استخدام الأشعة تحت الحمراء لمراقبة الأجسام التي يحجب الغاز والغبار ضوءها.

كما تستخدم تقنية CCD كثيراً في تصوير الهلال لمعرفة بداية الشهر القمري أو نهايته، وهذا مهمُّ عند المسلمين لتحديد مواعيد الأشهر القمرية ذات المناسبات الدينية، مثل: شهر رمضان، وشهر ربيع الأول، ومواقيت الأعياد الشكل في الأسفل هي صورة للهلال بتقنية (CCD). ^[3]

هل تستخدم الأشعة تحت الحمراء في الطب؟

يُستخدم العلاج بالأشعة تحت الحمراء على نطاقٍ واسعٍ في مجالات الطب العام، وطب الأسنان، والطب البيطري، وأمراض المناعة الذاتية.

ما هي الفوائد الطبية للأشعة تحت الحمراء؟

 العلاج بالأشعة تحت الحمراء له فوائد عديدة، وتشمل:

1- إزالة السموم، وتخفيف الألم.

2- الحدّ من توتّر العضلات.

3- تحسين الدورة الدموية، وفقدان الوزن، وتنقية الجلد.

4- التقليل من الآثار الجانبية لمرض السكري.

5- تعزيز جهاز المناعة، وخفض ضغط الدم.

6- يزيد ضوء الأشعة تحت الحمراء من إنتاج أكسيد النيتريك، وهو جزيء حيوي مهمُّ لصحة الأوعية الدموية، ويساعد هذا الجزيء على استرخاء الشرايين، ويمنع الدم من التجلط والتكتل في الأوعية.

7- كما تجري دراساتٌ عن استخدام الأشعة تحت الحمراء في علاجٍ مُحتملٍ للسرطان، حيث تظهر الدراسات تنشيطًا كبيرًا للجسيمات النانوية عند تعرُّضها للأشعة تحت الحمراء، مما يجعلها شديدة السمّية للخلايا السرطانية المحيطة. ^[4]