リモコンから宇宙まで！赤外線とサーモグラフィーの面白すぎる科学（FLIR one PRO）
サイエンストレーナーの桑子研です。毎日が実験。
あなたは今、見えないものを「見て」います――そう言われたら、どういう意味か気になりませんか？実は、この世界にある物体はすべて、目には見えない「光」を出しています。その光を捉えて、温度の地図を描き出す魔法のような装置が、サーモグラフィーです。
サーモグラフィーとは？
サーモグラフィーとは、目に見えない物体の温度を可視化する装置、またはその画像のことを指します。次の写真は人のサーモグラフィー画像の様子です。
サーモグラフィー画像での人の様子
服から露出した部分の温度が高いことがわかりますね。サーモグラフィー装置を使うと、その物体に触れることなく温度を知ることができるため、新型コロナウィルス流行時には空港に設置して発熱のある人を探すのにも活用されていました。ぼくの持っているサーモグラフィーはこれです。
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消しゴムで擦ると温度が上がる！？
次の写真は消しゴムで机の上をこすったときの写真です（図１）。これをサーモグラフィー画像で見てみると図２のように見えます。
図２の青色が温度の低い部分、赤色が温度の高い部分を示しています。皮膚や消しゴムで擦った箇所の温度が高くなっているのが確認できます。これは「摩擦熱」と呼ばれる現象で、物どうしがこすれ合うことで運動のエネルギーが熱エネルギーに変わるためです。普段はなかなか気づかないような小さな温度変化も、サーモグラフィーなら一目で見えてしまいます。まるで、温度の世界を「透視」しているようですね。
赤外線とは何か？
では、このような画像（熱画像）はどのようにして得ることができるのでしょうか。目には見えませんが、すべての物体は赤外線を放射しています。この赤外線は電磁波の一種で、可視光線よりも波長が長いものです。可視光線はその名前のとおり、目が感知することができる範囲の電磁波で、この範囲外の波長の電磁波は、目で見ることができません。赤外線はその名の通り、赤の波長の外側にある電磁波なので、赤外線という名前がついています。赤外線は空間を伝わることができるという特徴があります。
実は身近にある赤外線――テレビのリモコン
赤外線が身近に使われているものといえば、テレビのリモコンです。リモコンのボタンを押しても、可視光は出ていないので光っているようには見えませんが、スマートフォンの赤外線を捉えることができるカメラを近づけて覗いてみると、赤外線が出ていることがわかります。ぜひ試してみてください！
図３ リモコンの赤外線
リモコンは赤外線を飛ばして、テレビ本体に情報を送っています。宇宙から地球を観測する人工衛星のセンサーにも赤外線が使われており、農作物の生育状況や森林火災の早期発見にも役立てられています。赤外線は、私たちの生活のあちこちで活躍しているのです。
温度が高いほど、赤外線も強くなる
すべての物体は赤外線を出していますが、温度の高い物体ほど赤外線のエネルギーは大きくなります（絶対温度の４乗に比例）。
図４ 温度と赤外線のエネルギーのイメージ図
この関係を数式で表したのが、ステファン－ボルツマンの公式です。
I=σT^4
I ：放出されるエネルギー［ W／cm2 ］
σ：ステファン・ボルツマン定数5.7×10-12［ W／cm2K4 ］
T：物体の温度［ K ］
少し難しい式に見えますが、要するに「温度が2倍になると、放出されるエネルギーは16倍になる」ということです。太陽のような高温の星が膨大なエネルギーを放出しているのも、この法則で説明できます。身近な消しゴムの摩擦から、遠い宇宙の星まで、同じ法則がつながっているのは、とても面白いことだと思いませんか？
サーモグラフィーの仕組み
温度が高いほど放出している赤外線のエネルギーが大きくなるので、物体から空間へと放出されている赤外線のエネルギーを捉えることができれば、発している物体の温度もわかります。サーモグラフィー装置では、この赤外線のエネルギーをレンズに通して、赤外線を検出することができる素子に集めます。そして素子から電気信号となり、それをデジタル処理することで、サーモグラフィーの画像（熱画像）が作られています。
デジタルカメラは可視光線に、サーモグラフィー装置は赤外線に反応するように作ってあります。基本的には同じような仕組みと言えますね。つまり、サーモグラフィーとは「赤外線で撮影するカメラ」とも言えるのです。私たちの目には見えない世界が、テクノロジーによって色鮮やかに可視化される。サーモグラフィーは、科学の面白さをまさに「見える化」してくれる装置です。ぜひ一度、身の回りの温度の世界をのぞいてみてください。
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