ઇન્ફ્રારેડ વિકિરણ

ઇન્ફ્રારેડ વિકિરણ (infrared radiation) : વિદ્યુત-ચુંબકીય વર્ણપટ(electromagnetic spectrum)માં ર્દશ્ય પ્રકાશના રાતા રંગની નિકટ આવેલો, મોટી તરંગલંબાઈનો અર્દશ્ય પ્રકાશનો પ્રદેશ. ર્દશ્ય પ્રકાશની મર્યાદા જાંબલી છેડા આગળ 3800Å થી રાતા છેડા માટે 7800Å ની છે. 1Å (Augstrom = 10^–8 સેમી. અથવા = 10^–10 મીટર અથવા 0.1 નૅનોમીટર nm). સૌર વર્ણપટમાં ઉષ્મા-વિતરણના અભ્યાસ અંગેના સંશોધન દરમિયાન, અતિસંવેદી થરમૉમીટર વડે પ્રયોગ કરતાં, 1800માં અંગ્રેજ ખગોળવેત્તા સર વિલિયમ હર્શલે શોધી કાઢ્યું કે ર્દશ્ય વર્ણપટના રાતા રંગ પછીના અર્દશ્ય વિભાગમાં, થરમૉમીટર રાખતાં, તાપમાનમાં એકાએક નોંધપાત્ર વધારો થાય છે. આ ઉપરથી એવું તારવવામાં આવ્યું કે ર્દશ્ય વર્ણપટના રાતા રંગની પાછળ કોઈ અર્દશ્ય વિકિરણ છે, જેની ઉષ્મા-અસરને કારણે થરમૉમીટરના તાપમાનમાં વધારો થયો. આ વિકિરણનું નામ ‘ઇન્ફ્રારેડ’ વિકિરણ આપવામાં આવ્યું. તરંગલંબાઈના સંદર્ભમાં, આ વિકિરણને, સામાન્યત: ત્રણ જુદા જુદા વિભાગમાં વિભાજિત કરવામાં આવેલું છે;

(i) 0.78 μ થી 3μ સુધીની તરંગલંબાઈનાં ‘નજીકનાં ઇન્ફ્રારેડ કિરણો’;

(ii) 3μ  થી 30μ સુધીની તરંગલંબાઈવાળાં ‘મધ્ય ઇન્ફ્રારેડ કિરણો’ અને

(iii) 30μ થી 350μતરંગલંબાઈનાં ‘દૂરનાં ઇન્ફ્રારેડ કિરણો.’

(1 μ=1 માઇક્રોન = 10^–4 સેમી. = 10^–6 મીટર અથવા 1 માઇક્રોમીટર =  Å)

સૂર્ય, કેટલાક તારા, નિહારિકા અને આકાશગંગા (sky galaxy) – આ બધાં ઇન્ફ્રારેડ વિકિરણ માટેનાં કુદરતી ઉદભવસ્થાનો છે. (સૂર્ય-કિરણોમાં આશરે 60 ટકા જેટલાં ઇન્ફ્રારેડ કિરણો છે.) સામાન્ય રીતે ઉપયોગમાં લેવાતાં ઉદભવસ્થાનોમાં નર્ન્સ્ટનો તંતુ (Nernst filament) છે, જેના વડે 10 μ કરતાં મોટી તરંગલંબાઈનાં ઇન્ફ્રારેડ કિરણો મળે છે. 1000^o સે.થી 1500^o સે. તાપમાનવાળા પદાર્થો ઇન્ફ્રારેડ કિરણોનું ઉત્સર્જન કરે છે; ઉદા. તરીકે, પૅટ્રોમૅક્સ બત્તીનું થોરિયમ અને સીરિયમ ક્ષારયુક્ત જાળીવાળું વેલ્સબાક મૅન્ટલ (welsbach mantle) – જેને ગરમ કરતાં તે શ્વેત પ્રકાશનું ઉત્સર્જન કરે છે, ગરમ કરેલા નાઇક્રોમ (nichrome) અને પ્લૅટિનમના તારનાં ઇન્ફ્રારેડ કિરણોની તરંગલંબાઈની પસંદગી ફિલ્ટરો, પરાવર્તકો વગેરેથી કરી શકાય છે.

ઇન્ફ્રારેડ વિકિરણના જ્ઞાપન (detection) માટે વપરાતાં સાધનોનું બે પ્રકારમાં વર્ગીકરણ કરવામાં આવેલું છે : 1. અવરણાત્મક (non-selective) અને 2. વરણાત્મક (selective). પ્રથમ પ્રકારનાં સાધનોમાં થરમૉપાઇલ, બોલોમીટર, રેડિયોમીટર અને ન્યૂમેટિક કોષ (pneumatic cell) છે. તેમના ઉપર આપાત થતું વિકિરણ, ઉષ્મા-ઊર્જાના સમપ્રમાણમાં અસર ઉપજાવે છે. તરંગલંબાઈના સંદર્ભમાં થતા ઊર્જા-વિતરણને, આ સાધનો ગણતરીમાં લેતાં નથી. બીજા પ્રકારમાં આવતાં સાધનો ફોટોગ્રાફિક પ્લેટ, ફોટો કન્ડક્ટિવ કોષ(photo conductive cell), ફોટો સેલ વગેરે છે. તેમના પ્રતિભાવનો આધાર તરંગલંબાઈ પર છે.

પ્રિઝમ, ગ્રેટિંગ અથવા પ્રિઝમ કે ગ્રેટિંગની જોડમાંથી વિભાજન કરવા માટે કોનો ઉપયોગ કરવામાં આવેલો છે તે ઉપરથી, ઇન્ફ્રારેડ વિકિરણના પ્રદેશમાં વસતા સ્પેક્ટ્રૉગ્રાફનું વર્ગીકરણ કરવામાં આવે છે. ઇન્ફ્રારેડ વિકિરણને સમાંતર બનાવવા કે કેન્દ્રિત કરવા માટે ધાતુના અથવા સ્ટેનલેસ સ્ટીલના અંતર્ગોળ અરીસા વપરાય છે. ઇન્ફ્રારેડના વિભાજન માટે તારની જાળીવાળી ગ્રેટિંગ (wire-grating) અથવા સ્પૅક્યુલમ ધાતુ પર અંકિત કરવામાં આવેલી વિવર્તન ગ્રેટિંગ વપરાય છે. [સ્પૅક્યુલમ એ 67 % તાંબું અને 33 % કલાઈ ધરાવતી અતિ ચળકતી મિશ્ર ધાતુ (alloy) છે. તેને સફેદ કાંસું (white bronze) કહે છે. તેની ઉત્તમ પરાવર્તનશક્તિના કારણે, અરીસો શોધાયો તે પહેલાં, પરાવર્તન માટે તે ધાતુ વપરાતી હતી.] ઇન્ફ્રારેડ વિકિરણનું વિભાજન ઉત્પન્ન કરવા માટે, વિવિધ તરંગલંબાઈઓ માટે પારદર્શક હોય તે પ્રકારના જ પ્રિઝમ વપરાય છે. તરંગલંબાઈ વાર તેની યાદી નીચે મુજબ છે :

ઇન્ફ્રારેડ કિરણો ખૂબ મોટી તરંગલંબાઈનાં હોવાથી તેમનું ખાસ પ્રકીર્ણન (scattering) થતું નથી. તે ધુમ્મસ (fog) તેમજ વાદળમાંથી પસાર થઈ શકે છે તેથી તેમનો ઉપયોગ આવા વાતાવરણમાં છબી પાડવા માટે તેમજ ધુમ્મસવાળા વાતાવરણમાં સંકેત (signal) આપવા માટે થાય છે. રાત્રિના સમયે શત્રુઓની હિલચાલની જાણકારી મેળવવા માટે ક્લૉરોફિલ પારદર્શક છે તેથી તેની દ્વારા સફેદ રંગના ફોટોગ્રાફ મળે છે.

દૂર આવેલા પદાર્થોના તાપમાનનો અંદાજ આ વિકિરણ દ્વારા મેળવી શકાય છે તેથી તેમની મદદથી તાપમાનનાં સુગ્રાહી ઉપકરણો (sensors) બનાવવામાં આવે છે. પૃથ્વીની ઉપર અથવા વિમાન કે અવકાશયાનમાં રાખેલાં આવાં સુગ્રાહી ઉપકરણો વડે, મોટરગાડીના ગરમ એન્જિન, પ્રક્ષેપાસ્ત્ર(missile)ની વાયુનિર્વાતક નલિકા (exhaust pipe) અને કૅમ્પ ફાયર જેવાં ઉષ્માસ્થાનો બહુ ચોકસાઈથી શોધી શકાય છે. બીજા વિશ્વયુદ્ધ પછી, હવામાંથી હવામાં પ્રહાર કરી શકે તેવાં ઘણાં બધાં પ્રક્ષેપાસ્ત્રોનો વિકાસ થયો છે; એમાંનાં કેટલાંક ઇન્ફ્રારેડ નિર્દેશન (guidance) પદ્ધતિનો ઉપયોગ કરે છે. આમાં મિસાઇલ વધુ ગરમ લક્ષ્ય (target) તરફ જતું હોય છે.

પદાર્થ અને પરિસર વચ્ચેના નજીવા ઉષ્મા-તફાવતને કારણે મળતા વિકિરણને શોધવા માટે સ્નાઇપરસ્કોપ નામનું સાધન વપરાય છે. બીજા વિશ્વયુદ્ધમાં મિત્રરાજ્યો દ્વારા તેનો ઉપયોગ કરવામાં આવ્યો હતો. રાત્રિનિરીક્ષણ માટેનું આધુનિક સ્ટારલાઇટસ્કોપ છે. તેનો ઉપયોગ વિયેટનામની લડાઈમાં થયો હતો. નવીન સુધારાવાળાં આવાં સાધન વડે રાત્રિના ઝાંખા પ્રકાશમાં સૈનિકો એક કિલોમીટર દૂર આવેલા લક્ષ્ય ઉપર સચોટ નિશાન લઈ શકે છે. ‘ફૉરવર્ડ લૂકિંગ ઇન્ફ્રારેડ રેઝ’ (FLIR) એ તકનીકની ર્દષ્ટિએ દૂર રહેલી વસ્તુને નિહાળવા માટેનું અત્યંત આધુનિક સાધન છે અને તેનો ઉપયોગ લડાયક વિમાનોમાં થાય છે. આ સાધન વડે પૃથ્વી પર આવેલા પદાર્થોના ઉષ્મીય તફાવત જાણીને, તેમનું પ્રતિબિંબ વિમાનમાં રાખેલા પડદા ઉપર મેળવી શકાય છે. ઉપરાંત ખરાબ હવામાનમાં આવેલી કે પાંદડાં વગેરે નીચે સંતાડવામાં આવેલી (camouflaged) વસ્તુઓને FLIR વડે શોધી શકાય છે. ભૂમિ પર આવેલી ઇંધન તેલની ટાંકી ભરેલી છે કે ખાલી, તે પણ તેના વડે જાણી શકાય છે.

ઇન્ફ્રારેડ વિકિરણના શોષણ ઉપરથી રસાયણશાસ્ત્રમાં વિશિષ્ટ સમૂહો હાજરી-ગેરહાજરી નક્કી કરી શકાય છે.

અંતરીક્ષમાં આવેલા ગ્રહો, તારાઓ, નિહારિકાઓ અને આકાશગંગા જેવા ઇન્ફ્રારેડ વિકિરણના પ્રદેશમાં આવેલા પદાર્થોના અભ્યાસને ઇન્ફ્રારેડ ખગોળવિદ્યા (infrared astronomy) કહે છે. જે પદાર્થો સામાન્ય પ્રકાશમાં પૃથ્વી ઉપરથી જોઈ શકાતા નથી તેમના પરીક્ષણ માટે ઇન્ફ્રારેડ ખગોળવિજ્ઞાન તકનીકનો ઉપયોગ કરવામાં આવે છે. નરી આંખ વડે ફકત 6,000 જેટલા તારાઓ જોઈ શકાય છે. 1965માં 2.2 μ તરંગલંબાઈનાં ઇન્ફ્રારેડ કિરણો વડે નિરીક્ષણ કરતાં ઇન્ફ્રારેડ વિકિરણ તેમજ નજીકના ઇન્ફ્રારેડ વિકિરણનું ઉત્સર્જન કરતાં લગભગ 20,000 જેટલાં ઉદભવસ્થાનો આકાશના ફક્ત ઉત્તર ગોળાર્ધમાં જ મળી આવ્યાં હતાં.

વિલિયમ હર્શલની શોધ પછી પ્રથમ વાર તારાકીય પદાર્થોનાં વ્યવસ્થિત અવલોકનો, 1920માં અમેરિકન ખગોળશાસ્ત્રીઓ, ડબ્લ્યૂ. ડબ્લ્યૂ. કૉબ્લૅન્ટ્ઝ ઍડિસન પીતીત અને સેલ્ટ, બી. નિકલસને કર્યાં હતાં. આધુનિક ઇન્ફ્રારેડ તકનીક – જેવી કે નિમ્નતાપી જ્ઞાપક (cryogenic detector) પદ્ધતિ અને ખાસ ફિલ્ટરનો ઉપયોગ 1960માં ભૂમિસ્થિત (ground-based) ટેલિસ્કોપ માટે થયો. ત્યારથી 35μ થી 350μ તરંગલંબાઈનાં વિકિરણ માટે બલૂન, રૉકેટ અને અંતરીક્ષયાનનો ઉપયોગ થતો રહ્યો છે. વાતાવરણમાં રહેલી આ બાષ્પ તરંગલંબાઈનું શોષણ કરે છે. તેથી આ સાધનોને, શોષણ કરતાં અણુઓથી વધુ ઊંચાઈએ લઈ જવાં પડે છે. 1980ની આસપાસ અવકાશી ઇન્ફ્રારેડ ઉદભવસ્થાનોનું સંશોધન ક્યુપિઅર ‘ઍરબૉર્ન ઑબ્ઝર્વેટરી’ જેવાં ખૂબ ઊંચાઈએ ઊડી રહેલાં જેટ વિમાનમાં રાખેલ 90 સેમી. ‘કાસેગ્રેન પરાવર્તક ટેલિસ્કોપ’ની મદદથી કરવામાં આવ્યું હતું. તેની મદદથી કરવામાં માઇક્રોવેવ આવૃત્તિની નજીક આવેલાં ઇન્ફ્રારેડ કિરણોનો અભ્યાસ ખૂબ સરળતાથી થઈ શકે છે.

જાન્યુઆરી, 1933માં અમેરિકા, બ્રિટન અને નેધરલૅન્ડના સહયોગથી ‘ઇન્ફ્રારેડ ઍસ્ટ્રોનૉમિકલ સૅટેલાઇટ’(IRAS)ને કક્ષામાં તરતો મૂકવામાં આવ્યો. આ માનવરહિત વેધશાળા(observatory)ને ઇન્ફ્રારેડ વર્ણપટની 8μ થી 120 μ તરંગલંબાઈ માટે સંવેદી એવા 60 સેમી. ઇન્ફ્રારેડ ટેલિસ્કોપથી સુસજ્જ કરવામાં આવી અને તેણે અનેક અણધારી શોધો કરી. તેમાંની અગત્યની શોધ તે ‘વેગા’, ‘ફોમાલહૉત’ અને બીજા તારાઓની આસપાસ આવેલાં ઘન ભંગાર(solid debris)નાં વાદળોની છે. તેમનું અસ્તિત્વ સ્પષ્ટપણે સૂચવે છે કે ગ્રહોના સમુદાયનું નિર્માણ સૂર્યની જેમ જ થયેલું છે. બીજી અગત્યની શોધમાં, વાયુ અને ધૂળનાં વાદળો, જેમિનાઇડ્ઝ (geminids) નામે ઓળખાતા ઉલ્કાના જથ્થાઓના જનક (parent body) તરીકે નામાધિકરણ પામેલ પદાર્થ ‘1983 TB’ અને પહેલાંના પાંચ અજ્ઞાત ધૂમકેતુઓની છે.

જગન્નાથ ગિરધરલાલ સુથાર