Atmosphärische Fenster

Atmosphärische Fenster bezeichnen bestimmte Bereiche des elektromagnetischen Spektrums, in denen Strahlung die Erdatmosphäre mit minimaler Beeinflussung durchdringen kann.

Elektromagnetische Strahlung kann auf verschiedene Weise mit den Gasen der Atmosphäre interagieren. Im sichtbaren und ultravioletten Bereich sind elektronische Übergänge entscheidend, während im Infrarotbereich vor allem Wechselwirkungen zwischen Photonen und molekularen Schwingungen dominieren. Eine wesentliche Voraussetzung für diese Wechselwirkung ist das Vorhandensein eines Dipolmoments, das bei asymmetrischen Ladungsverteilungen während molekularer Schwingungen entsteht. Atomare Gase wie Edelgase besitzen in der Regel symmetrische Ladungsverteilungen und können daher nicht mit Infrarotstrahlung interagieren. Ebenso sind symmetrische Moleküle wie Sauerstoff (O₂) und Stickstoff (N₂), die nur entlang ihrer Bindungsachse schwingen, infrarotinaktiv, da kein Dipolmoment entsteht. Dagegen sind Gase wie Wasserdampf, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid infrarotaktiv und können Infrarotstrahlung absorbieren oder beim Erwärmen emittieren. Welche Strahlung absorbiert wird, hängt von der Masse der schwingenden Atome und der Stärke ihrer chemischen Bindung ab. Die breiten Bänder im Transmissionsspektrum dieser Gase – anstelle schmaler Absorptionslinien – entstehen durch die Kopplung der Schwingungen mit molekularen Rotationen und lassen sich nur durch quantenmechanische Modelle genau beschreiben.

Hersteller von Infrarotthermometern stellen sicher, dass atmosphärische Bedingungen die Messung von Oberflächentemperaturen entfernter Objekte nicht verfälschen. Dazu verwenden sie optische Filter, die die spektrale Empfindlichkeit der Geräte auf jene Infrarotstrahlung beschränken, die innerhalb der atmosphärischen Fenster liegt – unabhängig von den in der Atmosphäre vorhandenen Gasen. Auf diese Weise wird der Einfluss von Faktoren wie Messdistanz oder Luftfeuchtigkeit auf die Messergebnisse deutlich reduziert.