적외선

두 사람과 주변의 물체가 내는 원적외선을 모아 만든 이미지

적외선(Infrared, 赤外線) 혹은 넘빨강살은 전자기파 중의 하나로 가시광선보다 파장이 길고 전자레인지에 사용하는 마이크로파보다는 파장이 짧다. 일상적으로 어둠 속에서 열을 내는 물체를 가까이하면 피부로 온도를 느낄 수 있는데 이것이 바로 적외선이다.

개요

적외선은 자외선과 반대로 가시광선 영역에서 빨간색 바깥에 위치해 있기 때문에 명명되었다. 자외선과 마찬가지로 이 영역대를 보거나 감지할 수 있는 동물들도 있다. 적외선은 파장이 길어 에너지가 낮은 편이라 자외선처럼 화학적, 생물학적 반응은 잘 일으키지 못하고 주로 열을 전달하며 이 때문에 열선이라고도 한다. 적외선은 붉은색 가시광선 영역(약 630~780nm)보다 파장이 더 길다. 적외선의 파장 범위는 0.72µm ~ 00 µm 정도지만 사실 엄밀한 기준이 있는 것은 아니다. 이 때문에 사람에 따라 가시광선에 매우 가까운, 짧은 파장의 적외선을 볼 수 있지만 역치 수준은 인종, 성별, 나이 등에 따라 다르다. 쉽게 판단하는 방법으로는 적외선 파장의 빛을 방출하는 LED나 레이저 포인터를 사서 쓰면 된다. 사실 벌레잡이 자외선 등이 눈에 보이는 것과 비슷하게 근적외선 대역을 만들어내는 광원으로부터 빛을 쬐면 인접한 여러 파장에서 다 에너지가 나오니 그렇게 나온 가시광선의 붉은색이 보일 확률이 더 높다. 진짜 맨눈으로 적외선을 볼 수 있는지는 근적외선 레이저를 보면 확실하다. 적외선을 가장 간편하게 보는 방법은 폰카를 비롯한 디지털카메라를 이용하는 것이다.

분류

• 근적외선(Near-infrared) : 파장 0.75~1.4 µm, 주파수 214~400THz, 온도 1800~3600°C. 광섬유 성분인 이산화규소에 잘 흡수되지 않아 광섬유 통신에 사용된다. 열영상이 아닌 광증폭형 야시 장비가 잘 반응하는 파장이기도 하다. 초기형 적외선 유도 미사일들은 이 대역의 파장만 볼 수 있었는데 전투기에서 이 파장이 적외선은 뜨겁게 달궈진 엔진 부품 쪽에서만 나왔다. 그래서 초기형 적외선 유도 미사일들은 엔진 배기구가 보이지 않는 정면에서는 미사일이 적기를 포착하지 못하는 문제가 있었다.
• 단파장 적외선(Short-wavelength infrared) : 파장 1.4~3µm, 주파수 100~214THz, 온도 700~1800°C. 장거리 통신의 주 파장(1530-1560nm)이 여기에 속한다.
• 중파장 적외선(Mid-wavelength infrared) : 파장 3~8µm, 주파수 37~100THz, 온도 90~700°C. 이 파장 대역은 항공기와 미사일의 배기가스에서 많이 나오며 고속비행 중 마찰 열기에 의해서도 생성된다. 덕분에 이 파장 대역을 감지하는 센서가 등장하면서 미사일들이 적 항공기를 전방에서도 조준할 수 있게 되었다.
• 장파장 적외선(Long-wavelength infrared) : 파장 8~15µm, 주파수 20~37THz, 온도 -80~90°C. 열영상을 찍는 데 주로 사용되는 영역이다. 군용으로는 초음속으로 접근해오는 적 항공기 및 미사일 조기 탐지용으로도 많이 쓴다. 초음속 비행 중 공기 마찰에 의해 열이 나는데 이때 이 장파장 적외선 대역의 적외선이 가장 많이 방출되기 때문이다.
• 원적외선(Far-Infrared) : 파장 15~1000µm, 주파수 0.3~20THz, 온도 -270~-80°C. 게르마늄과 엮어서 건강에 좋다고 광고에 쓰이는 적외선으로 레이저 형태가 아닌 다음에야 활용처가 거의 없다. 원적외선은 게르마늄이 발산하는 것보다 태양에서 쏟아지는 양이 비교도 안될 만큼 많다.

적외선 파장

 

최초의 발견

역사적으로 적외선의 존재가 처음 입증된 것은 1800년 독일 출신의 영국 천체학자인 윌리엄 허셜에 의해서였다. 허셜은 스펙트럼으로부터 분리되는 색깔들의 온도를 측정하기 위하여 각 색깔들에 수은온도계를 설치하여 온도를 측정했는데 우연히 빛이 보이지 않는 부분에서도 온도가 상승하는 것을 발견했다. 이는 열기가 눈에 보이지 않는 빛의 상태로도 전달된다는 사실을 발견한 최초의 실험이었다.

용도

야간 관측

적외선은 열영상을 얻는 데 사용된다. 생물체나 엔진, 천체 등 발열이 있는 것은 무엇이든 적외선을 방출하므로 이것을 영상화하면 깜깜한 밤에도 사람이나 장비를 관측할 수 있다. 적외선 관측 장비나 센서는 자체의 온도가 낮아야 당연히 피사체의 적외선을 잘 감지할 수 있으므로 자체의 냉각이 매우 중요하다. 대표적으로 AIM-9과 같은 적외선 감지 미사일이나 적외선 망원경 등 모든 적외선 관련 장비는 자체 냉각 시스템을 갖추고 있다. 우주 공간의 먼지에 영향을 덜 받는 적외선으로 관측하던 망원경 스피처의 경우 그 성능의 수명은 내장하고 있던 냉각 헬륨의 양에 따라 정해져 있었다.

온도 측정

열과 밀접한 관련이 있으므로 적외선을 쏘아 물체를 가열하는 데 쓰이기도 하고 반대로 물체가 내는 적외선을 분석하여 온도 측정이나 열 흐름의 측정에도 쓰인다. 가시광선이 아니므로 색이 있을 수 없지만 구별하기 쉽도록 온도가 높으면 노랑, 낮으면 파랑, 검정으로 색을 입힌다. 변위법칙에 의해서 인체(309.5K)가 복사하는 전자기파는 9µm 정도의 적외선 영역에서 가장 많이 방출된다. 여기서 주의할 것은 9µm 영역 정도의 적외선만 방출하는 게 아니라는 사실이다. 흑체 복사는 모든 영역의 파장에서 이뤄질 수 있다. 다만 9µm 영역 정도에서 가장 많은 전자기파가 방출된다.

참고자료

• 〈적외선〉, 《위키백과》
• 〈적외선〉, 《나무위키》
• 〈적외선〉, 《네이버 지식백과》
• "Infrared", Wikipedia

같이 보기

• 가시광선
• 자외선

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