기술용어사전

대기 창(atmospheric windows)이란 전자기 스펙트럼 중에서 복사가 대기를 거의 방해받지 않고 통과할 수 있는 특정 파장 영역을 의미합니다.

전자기 복사는 여러 메커니즘을 통해 지구 대기 중의 기체와 상호작용할 수 있습니다. 가시광선 및 자외선 영역에서는 전자의 전이(electronic transition)가 핵심적인 역할을 하며, 적외선 영역에서는 광자와 분자 진동 간의 상호작용이 지배적입니다. 이러한 상호작용이 일어나기 위한 중요한 조건 중 하나는 쌍극자 모멘트의 존재인데, 이는 분자 진동 과정에서 비대칭적인 전하 분포가 형성될 때 발생합니다. 희가스와 같은 원자 기체는 일반적으로 전하 분포가 대칭적이기 때문에 적외선 복사와 상호작용할 수 없습니다. 마찬가지로 산소(O₂)와 질소(N₂)처럼 원자 결합 축을 따라 대칭적으로만 진동하는 분자도 쌍극자 모멘트를 가지지 않으므로 적외선 비활성 물질에 해당합니다. 반면, 수증기, 이산화탄소, 일산화탄소와 같은 기체는 적외선 활성 기체로, 가열될 경우 적외선을 흡수하거나 방출할 수 있습니다. 흡수되는 복사의 종류는 진동하는 원자의 질량과 이들 사이의 화학 결합 강도에 따라 달라집니다. 이러한 기체의 투과 스펙트럼에서 좁게 정의된 흡수선이 아닌 넓은 대역폭의 밴드가 나타나는 이유는 분자 진동이 분자 회전과 결합되어 있기 때문이며, 이를 정확히 이해하기 위해서는 양자역학적 분석이 필요합니다.

적외선 온도계 제조사는 대기 조건이 원거리 물체의 표면 온도를 정확하게 측정하는 데 방해가 되지 않도록 하는 것을 목표로 합니다. 이를 위해 온도계 내부에 광학 필터를 적용하여, 대기 중에 존재하는 기체의 종류와 관계없이 대기 창 영역에 해당하는 적외선 복사에만 감도를 갖도록 설계합니다. 이러한 방식은 측정 거리나 일일 습도 변화와 같은 요인으로 인해 측정값이 왜곡될 수 있는 영향을 최소화하는 데 기여합니다.

The atmospheric windows refer to specific areas of the electromagnetic spectrum where radiation can travel through the atmosphere with minimal interference.

Electromagnetic radiation can interact with the gases in the Earth’s atmosphere through various mechanisms. In the visible and UV radiation range, electronic transitions are crucial, while in the infrared radiation range, interactions between photons and molecular vibrations are dominant. A key condition for interaction is the presence of a dipole moment, which arises in asymmetrical charge distributions during molecular oscillations. Atomic gases like noble gases usually have symmetrical charge distributions and are therefore unable to interact with infrared radiation. Similarly, symmetrical molecules like oxygen (O2) and nitrogen (N2), which only vibrate along the atomic connection axis, do not have a dipole moment and are thus infrared-inactive. On the other hand, gases like water vapor, carbon dioxide, and carbon monoxide are infrared-active and can absorb or emit infrared radiation when heated. The type of radiation absorbed depends on the mass of the vibrating atoms and the chemical bond strength between them. The broad bands present in the transmission spectrum of these gases, instead of narrowly defined absorption lines, are a result of the coupling of these vibrations with molecular rotations, requiring detailed analysis through quantum mechanics.

Manufacturers of infrared thermometers aim to ensure that atmospheric conditions do not interfere with the accurate measurement of surface temperatures of distant objects. They achieve this by incorporating optical filters in the thermometers to restrict sensitivity to only the infrared radiation within the atmospheric window range, independent of the gases present in the atmosphere. This approach minimizes the impact of factors such as scanning range and daily humidity, which could otherwise distort the measured values.