Прохождение теплового излучения

Обширные исследования были проведены в области современного зондирования и косвенного инфракрасного фотографирования, а также в области слежения за ракетами и в родственных направлениях (которые не обсуждаются в данной книге). Практические аспекты дистанционного зондирования рассматриваются в гл. 9. Здесь же отмечены работы, относящиеся в основном к атмосферным явлениям.

При зондировании через атмосферу необходимо знать области, или «окна», в спектре, обеспечивающие хорошее пропускание инфракрасного излучения. На рис. 3.34 показано положение таких «окон» в спектре, а не степень их прозрачности. Можно найти детекторы, чувствительные в этих областях спектра.

Кроме частиц в воздухе, которые селективно ослабляют пропускание паров воды и молекул газа, особенно СО₂, имеются также полосы поглощения. Они представлены на рис. 3.34.

Рис. 3.34. Диаграмма, показывающая положение в атмосфере лишь полос поглощения (в бар).

Промежутки между полосами составляют «окна». В нижней части А показаны «окна» в комбинированной атмосфере для ИК-зондирования. Даже если в пределах некоторых «окон» части Л окажутся полосы поглощения, вызванные наличием газов или паров, они не окажут заметного воздействия на результаты зондирования.

Степень поглощения изменяется, но не достигает 100% из-за недостаточной длины атмосферного пути. Тем не менее многие из полос настолько интенсивны, что необходимо их избегать, особенно при количественном анализе, например при дистанционном температурном изучении поверхностей суши и океана.

Влияние водяных паров заметно в основном вблизи поверхности земли. Благоприятным фактором является то, что молекулы кислорода и азота соединяются в воздухе попарно, подобно атомам, не имеющим дипольного момента. Поэтому они не влияют на результаты инфракрасного фотографирования. Сами по себе кривые пропускания и поглощения достаточно сложны. Рис. 3.34 является упрощенной иллюстрацией вышеупомянутых явлений. Некоторое представление об их сложности можно получить из рис. 3.16.

Достаточно полные публикации по атмосферному пропусканию теплового излучения и испусканию были сделаны следующими авторами:

— Спиро [3.143] (введение в инфракрасное зондирование, «окна», некоторые атмосферные данные);

— Кинг с сотр. [9.239] (общие понятия о системах зондирования);

— Эшли и Дуглас [3.31] (нашли способ улучшения прохождения через туман длинноволнового инфракрасного излучения, однако большое количество энергии, требуемое для питания взлетно-посадочных огней, делает практическое использование этого открытия невыгодным);

— Хавард [3.88] (краткий обзор атмосферных факторов; обсуждение ранних работ);

— Стюарт и Хопфилд [3.147] (обзор атмосферных эффектов; «шум» ночного неба);

— Тейлор и Яте [3.150] (инфракрасное пропускание в диапазоне до 15 мкм на расстоянии 350 м, 0,5 км, 16 км для ясного неба, тумана и снежной бури);

— Пласс [3.128] (коэффициенты пропускания паров СО2 и Н2О, измеренные по наклонным траекториям, когда концентрации изменяются с высотой);

— Бауэр [3.35] (применение теории Майа к изучению рассеяния облаками);

— Саундерс [3.135] (измерение температуры поверхности морей; поправки на влияние атмосферы);

— Парди [3.126] (временные и широтные исследования излучения ночного неба);

— Каминский [3.99] (измерение инфракрасного излучения земли со спутника);

— Герритсма и Хаанстра [3.71] (лабораторные методы изучения коэффициента пропускания воздуха в диапазоне 2,5—50 мкм);

— Вольфе [3.166] (библиография по свойствам атмосферы);

— Библиотека Конгресса [8.248] (общая библиография).

Можно рекомендовать несколько книг по темам данного раздела: общая ИК-технология (Круз с сотр. [3.15]); рассеяние и четкость изображения (Джонсон [3.14], Ван де Хулст [3.24]); прохождение лазерных и других лучей через атмосферу (Зуев [3.28]); свечение ночного неба Роач и Гордон [3.21].

Из этой главы можно заключить, что явления, обусловленные ИК-излучением, представляют широкое поле деятельности для физики. Для технолога ИК-фотография представляет бесценное средство для многочисленных применений, рассматриваемых ниже.

ГЛАВА 4
Документы, предметы материальной культуры и искусства, ткани, техника графики

Инфракрасная фотография использовалась для различных исследований с начала 30-х гг., вскоре после того, как этот метод был освоен фотографами. Музейные и судебные ведомства быстро освоили дифференцирующие и проникающие свойства инфракрасных лучей. Их применяли при решении различных проблем, часто в сочетании с другими неразрушающими методами исследования, такими, как ультрафиолетовая фотография и радиография. Инфракрасная фотография применяется в двух широких направлениях — экспертизе неразборчивых, сомнительных, испорченных или подделанных документов, а также экспертизе подлинных, измененных и подделанных картин.

Существуют две другие специальные области применения, связанные с судебными и музееведческими вопросами, хотя главным образом ИК-фотография используется в промышленных целях. Имеет место применение инфракрасной техники в графике и оценке качества текстильных изделий и красителей. Характер фильтрации, требующейся для обеспечения разделения цветов при печатании, может еще умножить сведения о характеристиках пигментов, чернил и красок. В зависимости от того, как промышленные волокна и ткани выглядят на ИК-фотографиях, можно получить данные для экспертизы гобеленов и установления взаимосвязи между вещественными доказательствами при судебных разбирательствах.

Многие применения ИК-фотографии, описанные в изданной ранее литературе, больше не обсуждались в печати, потому что стали рутинными. Со времени опубликования этих работ улучшилось качество светочувствительных материалов и обрабатывающих растворов, однако эти изменения вряд ли затрагивают основные принципы инфракрасной фотографии, описанные в предыдущих технических статьях. Поэтому последующие работы могут просто сообщать результаты исследований методом инфракрасной фотографии, не вдаваясь в подробности.

До настоящего времени большинство исследований проводилось при помощи черно-белой инфракрасной техники. Инфракрасное цветное фотографирование можно использовать для всё большего расширения области применения ИК-фотографии. Инфракрасный цветной метод оказывается ценным при дифференциации фотографическим методом чернил и пигментов, которые визуально кажутся одного цвета. Шариковая паста из-за ее разнородности представляет для исследователя такой же большой интерес, как и некоторые древние пигменты.

Новым методом, который оказался бесценным во многих областях исследований, явилось фотографирование инфракрасной люминесценции. История этого вопроса и техника фотографирования приведены в гл. 2. В данной главе результаты применения метода будут обсуждаться в связи со специальными исследованиями, рассматриваемыми ниже. Чтобы избежать путаницы с инфракрасной фотографией в отраженных лучах, применения люминесцентной техники будут перечислены отдельно в конце главы.