Ánh sáng có tính chất hạt và sóng
Ánh sáng không chỉ có tính chất sóng mà còn có tính chất hạt. Nó được tạo thành từ các hạt nhỏ gọi là “photon” hay “lượng tử.” Mỗi lượng tử mang theo một lượng năng lượng được xác định theo công thức sau:
Năng lượng của ánh sáng phụ thuộc vào bước sóng
Do năng lượng trong vùng sóng dài thấp, trong viễn thám, hệ thống thu nhận tín hiệu bức xạ điện từ với bước sóng dài cần phải có trường nhìn rộng để thu được tín hiệu đó.
Ánh sáng từ Mặt Trời và các nguồn tự nhiên khác
Mặt Trời là nguồn năng lượng bức xạ điện từ điển hình trong viễn thám. Tất cả các vật chất có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ tuyệt đối đều phát ra bức xạ điện từ. Điều này có nghĩa là tất cả các vật trên Trái Đất đều là nguồn bức xạ tự nhiên, mặc dù chúng có những sự khác biệt về biên độ và thành phần phổ so với Mặt Trời.
Năng lượng phát ra từ một đối tượng
Công thức Stefan-Boltzmann được sử dụng để tính toán năng lượng bức xạ phát ra từ một đối tượng. Công thức này cho biết rằng năng lượng phát ra tỷ lệ với bình phương của nhiệt độ đối tượng. Điều này có nghĩa là nếu nhiệt độ tăng lên thì năng lượng phát ra sẽ tăng nhanh chóng theo cơ chế mũ bậc 4.
Vật đen tuyệt đối và bức xạ nhiệt
Vật đen tuyệt đối là một vật lý tưởng có thể hấp thụ và phát lại toàn bộ năng lượng rơi vào nó. Bức xạ nhiệt có một số tính chất sau:
- Khi nhiệt độ bức xạ cao hơn, tổng năng lượng phát ra cũng cao hơn.
- Nhiệt độ cực đại của vật đen bức xạ dịch sang vùng sóng ngắn hơn.
- Cực trị của đường cong bức xạ tuân theo quy luật chuyển dịch Wien, nghĩa là khi nhiệt độ của vật tăng lên, cực trị bức xạ dịch sang vùng sóng ngắn hơn.
Ứng dụng trong công nghệ và quan sát vũ trụ
Trong kỹ thuật làm phim ảnh, người ta sử dụng các loại phim có độ nhạy cảm khác nhau với các điều kiện ánh sáng khác nhau. Nhiệt độ bên ngoài của Trái Đất vào khoảng 300 K, do đó, cực đại bức xạ của bề mặt Trái Đất là ở bước sóng khoảng 9,7µm. Đối với ánh sáng mặt trời, cực đại của bức xạ là ở dải sóng 0,5µm. Do đó, mắt người và phim có thể dễ dàng nhạy cảm với ánh sáng.
Kết luận
Tính chất hạt và truyền năng lượng của ánh sáng là hai khía cạnh quan trọng trong viễn thám và các lĩnh vực liên quan. Hiểu về các đặc điểm này giúp chúng ta hiểu rõ hơn về bức xạ điện từ và ứng dụng của nó trong cuộc sống hàng ngày.
