250px|thumb|Roiul Trapezului fotografiat de Hubble în infraroșu (dreapta) și în lumină vizibilă (stânga). Infraroșul permite să se dezvăluie stelele mascate de către praful interstelar din această regiune de formare a stelelor. Astronomia în infraroșu, deseori prescurtată în astronomie infraroșie, este ramura astronomiei și a astrofizicii care studiază partea situată în infraroșu a radiației emise de obiectele astronomice. Gama lungimilor de undă ale infraroșului se situează între 0,75 și 300 micrometri între la lumina vizibilă (0,3 la 0,75 micrometri) și undele submilimetrice. Lumina infraroșie emisă de către obiectele cerești este în parte absorbită de către vaporii de apă conținuți în atmosfera terestră. Pentru a ocoli această problemă cele mai multe telescoape în infraroșu sunt fie situate la altitudini mari (Observatorul Mauna Kea,VISTA,...), fie sunt plasate pe orbită (Spitzer, IRAS (Infrared Astronomical Satellite), Herschel). Infraroșul mediu și îndepărtat nu sunt practic observabile decât din spațiu.

Radiația electromagnetică și cunoașterea Universului Cunoașterea noastră a Universului se sprijină mai ales pe radiația electromagnetică și într-un mod marginal, pentru mediul înconjurător apropiat de Pământ, pe observațiile in situ efectuate de navele spațiale. Completări ale informațiilor sunt aduse de particulele de materie izvorâte din Sistemul nostru Solar (meteoriți) sau din Galaxia Noastră (radiație cosmică) și de puțin timp de neutrino și undele gravitationale. Radiația electromagnetică joacă un rol central întrucât este produsă, în cea mai mare parte, de procese din Univers, este bogată în informații asupra condițiilor care au permis emisia sa (temperatură, presiune, câmp magnetic, natura și mișcarea particulelor, atomi, molecule sau granule solide) și în sfârșit circulă pe distanțe infinite. Aceasta a fost decupată în mai multe submulțimi în funcție de lungimea de undă (proprietatea sa cea mai marcantă) cu borne definite în principal prin metodele de detecție utilizate pentru observarea sa. Radiația electromagnetică cuprinde, prin creșterea lungimii de undă, radiația gama (undele cele mai scurte și care transportă cea mai importantă energie), razele X, ultravioletul, lumina vizibilă care este singura perceptibilă de către ochiul omenesc, infraroșul, microundele și undele radio (cele mai puțin energetice). Astronomia în infraroșu se sprijină pe analiza radiației infraroșii.

thumb|centre|700px|Decupaj al spectrului infraroșu în astronomie. Bornele (5,30 și 200 de microni) sunt în parte arbitrare și pot lua valori diferinte potrivit cu sursele profesiei. thumb|250px|Spectrul transmisiei din atmosferă. În spectrul vizibil, pierderile rezultă mai ales din difuziunea Rayleigh, în timp ce în infraroșu, ele provin din absorbție. thumb|250px|Transmisie din atmosferă în infraroșu, până la 15 microni, cât și princepalele molecule responsabile de absorbția luminii.

Spectrul domeniului infraroșu Radiațiile infraroșii se situează între sfârșitul spectrului vizibil (lumina roșie la 0,74 microni) și microunde. Limita superioară este relativ arbitrară și valoarea sa depinde de domeniul de aplicație. În astronomie, limita superioară a infraroșului este în general fixată la 300 microni ( de microni în alte domenii de aplicație). Astronomii disting infraroșul apropiat (de la 0,75 la 5 micrometri), infraroșul mediu (de la 5 la 25 de micrometri) și infraroșu îndepărtat (de la 25 la 300 de micrometri).

Infraroșul apropiat Radiația infraroșie care are lungimi de undă apropiate de cele ale luminii vizibile (infraroșul apropiat de la 0,7 la 4 microni corespunzând benzilor J, H, K și L) se comportă într-o manieră foarte asemănătoare luminii vizibile, și poate fi detectată utilizând dispozitive electronice asemănătoare. De aceea, regiunea infraroșului apropiat al spectrului este în general încorporat ca fiind un element al spectrului «optic», împreună cu ultravioletul apropiat (cele mai multe instrumente științifice cum sunt telescoapele optice acoperă infraroșul apropiat cât și ultravioletul). Observațiile în acest domeniu al infraroșului apropiat (între 0,7 și 2,5 microni) pot fi conduse pe Pământ, cu ajutorul unui telescop optic prevăzut cu un detector sensibil la infraroșu de tip CCD.

Infraroșul mediu și îndepărtat Detecția undelor cu lungimi de undă superioare a 4 microni este mai complexă. Gazele componente ale atmosferei terestre și îndeosebi vaporii de apă interceptează în totalitate sau în mare parte radiația între 0,8 și 14,5 microni. Pe de altă parte observația este puternic perturbată de radiația termică produsă de atmosfera terestră care, ca orice corp a cărui temperatură este diferită de zero absolut, radiază energie în infraroșu inclusiv lungimi de undă care depind de temperatura sa (legea lui Planck). Radiația termică infraroșie emisă de atmosfera terestră acoperă o largă bandă spectrală al cărei vârf se sitează în jurul a 10 microni și care afectează îndeosebi lungimile de undă cuprinse între 4,6 și 40 microni. Această radiație infraroșie se suprapune peste emisiile surselor cerești.

Radiația cuprinsă între 14,5 și 400 de microni este complet interceptată și observațiile trebuie să fie efectuate de pe vârfurile munților, de pe baloane, din avioane sau din telescoape spațiale. Dacă observația este efectuată de pe un observator terestru ea necesită nu doar o atmosferă uscată.

Observarea infraroșului îndepărtat (dincolo de 40 de microni) necesită plasarea telescopului pe orbită în jurul Pământului. Unul dintre cele mai cunoscute este IRAS, care a fost lansat în 1983. Era prevăzut cu detectoare sensibile la lungimi de undă de 10, 25, 60 și 100 de micrometri; a realizat prima hartă în infraroșu a cerului, repertoriind peste de surse.

Observarea radiației infraroșii

Ferestrele atmosferice Pentru observatoarele terestre o parte importantă din radiația electromagnetică infraroșie este fie blocată, fie absorbită de atmosfera terestră. Exită totuși ferestre atmosferice în care absobția radiației electromagnetice de către atmosfera terestră este minimă. Principalele două ferestre sunt situate între 3 și 5 µm și între 8 și 14 µm.

+ Ferestre de observare în infraroșu de pe solul terestru Gama de lungimi de undă micrometrice Benzi astronomice Transparența atmosferei Emisiune termică a atmosferei Tip observator 0,65 à 1,0 microni Benzile R și I Toate telescoapele optice 1,1 la 1,4 microni Banda J Mare Scade noaptea Telescoape optice sau infraroșii 1,5 la 1,8 microni Banda H Mare Foarte scăzută Telescoape optice sau infraroșii 2 la 2,4 microni Banda K Mare Foarte scăzută Telescoape optice sau infraroșii 3 la 4 microni Banda L Mare 3 la 3,5 microni: Medie 3,5 la 4 microni: Mare Câteva telescoape optice sau infraroșii 4,6 la 5 microni Banda M Slabă Mare Cele mai multe telescoape infraroșii dedicate și câteva telescoape optice 7,5 la 14,5 microni Banda N 8 la 9 microni și 10 la 12 microni: bună Altele: scăzută Foarte mare Cele mai multe telescoape infraroșii dedicate și câteva telescoape optice 17 la 40 de microni 17 la 25 de microni: Banda Q 28 la 40 de microni: banda Z Foarte slabă Foarte mare Unele telescoape infraroșii dedicate și câteva telescoape optice 330 la 370 de microni Foarte slabă Slabă Unele telescoape infraroșii dedicate și câteva telescoape optice 450 de microni Astronomie submilimetrică Telescoape submilimetrice

Detectoarele radiației infraroșii Ca pentru toate radiațiile electromagnetice, detecția radiației infraroșii este realizată măsurând interacțiunea dintre aceasta și materie. Detectorul măsoară schimbarea stării acesteia din urmă. Typul de detector utilizat depinde de cantitatea de energie purtată de radiație. Pentru infraroșu, potrivit lungimii de undă, sunt utilizate trei tehnici.

Efectul fotoelectric (până la un micron) Dacă energia fotonului este superioară unui electronvolt (radiație inferioară unui micron: infraroșu la limita vizibilului) detectorul utilizează efectul fotoelectric. Fotonul infraroșu incident lovește un material semiconductor ales pentru proprietățile sale și dacă energia sa este suficientă (superioară pragului care caracterizează acest material), detectorul emite un electron și produce un curent care poate fi măsurat.

Efectul fotoconductor (de la 1 la 200 de microni) Când radiația infraroșie are o energie inferioară unui electronvolt și superioară câtorva milielectronvolți (lungime de undă mai mică de 200 de micrometri) este utilizat efectul fotoconductor. Fotonul nu reușește să treacă bariera de suprafață, dar ionizează un atom al solidului ceea ce modifică conductivitatea electrică a semiconductorului. Nu se declașează decât deasupra unui anumit prag de energie a fotonului incident care depinde de materialul utilizat. În starea naturală unele materiale sunt sensibile la acest efect (fotoconductori intrinseci): germaniul, siliciul, sulfura de cadmiu. Pentru a coborî pragul de detecție, se inserează concentrații slabe de impurități selecționate cu grijă. Acestea sunt fotoconductoare extrinseci, cum este siliciul dopat cu arsenic. Detectoarele cele mai populare sunt telurura de mercur-cadmiu (HgCdTe) pentru infraroșul apropiat (până la 2,4 microni), antimoniura de indiu (InSb), siliciul dopat cu arsenic care permit observații la 10 (instrumentul VISIR al VLT) și la 24 de microni (instrumentul IRAC al telescopului spațial Spitzer). Siliciul dopat cu antimoniu (Si:Sb) permite să se meargă până la 40 de microni (instrumentul IRS al telescopului spațial Spitzer). Germaniul dopat cu galiu (Ge:Ga) permite trecerea limitei de 40 de microni și efectuarea detecțiilor până la 200 de microni.

Efectul termic (peste 200 de microni) Când lungimea de undă a radiației infraroșii este superioară a 200 de microni (radiație infraroșie de energie slabă), detecția radiației infraroșii este efectuată măsurând efectul termic (fluctuațiile termice) cu ajutorul unui bolometru. Bolometrul este constituit din două părți cuplate pe planul termic: un material care absoarbe radiația și o rezistență care face oficiul de termometru. Telescopul spațial Herschel era echipat cu un bolometru cu germaniu dopat cu galiu care acoperă banda spectrală între 60 și 210 microni (infraroșu îndepărtat) compus din de bolometre individuale. Pentru acest tip de radiație, sursa de zgomot cea mai importantă este de origine termică. De aceea temprratura detectorului trebuie să fie menținută cât mai scăzută posibil (0,3 K în cazul telescopului Herschel).

Astronomia în infraroșu Infraroșul face posibilă studierea obiectelor cerești care nu pot fi observate în lumină vizibilă (parte a spectrului electromagnetic, vizibilă de ochi) sau ale căror caracteristici sunt parțial dezvăluite de radiațiile infraroșii pe care le emit:

În spațiu numeroase regiuni nu sunt observabile în lumină vizibilă deoarece sunt ascunse de către un nor gros de gaz sau de praf interstelar. Radiația infraroșie emisă de aceste obiecte are capacitatea de a traversa aceste obstacole fără să fie blocată sau disperată. Astronomia infraroșie permite astfel să se studieze centrul Galaxiei Noastre, invizibil cu ochiul, sau regiuni ale Galaxiei în care se formează stelele și care sunt bogate în praf.

Numeroase obiecte prezente în Univers sunt prea reci și prea puțin luminoase pentru a fi detectate pentru a fi vizibile, dar pot fi observate în infraroșu. Acestea sunt stelele reci, galaxiile infraroșii, norii de praf, piticele cenușii și planetele. De exemplu radiația infraroșie a permis să se observe discul de materiale care înconjoară o protostea. În cazul exoplanetelor, în timp ce în lumina vizibilă, radiația emisă de stea maschează planeta, în infraroșu, radiația stelei este mult mai slabă ceea ce permite detectarea planetei.