أولاً: الغلاف الجوي والطيف الكهرومغناطيسي

1. خلفية تاريخية

مع التطور التكنولوجي الكبير، الذي شهده القرن العشرين، استطاع العلماء استغلال حيز موجات الراديو، بكافة أقسامه الفرعية (اللاسلكية ـ الميكروويف)، إلى درجة أنه أصبح مكتظاً بمختلف التطبيقات، سواء المدنية والعسكرية؛ وبات من الطبيعي، أن تتجه التكنولوجيا الحديثة إلى استغلال جزء آخر من الموجات، هي موجات الحيز الكهروضوئي، في تطبيقات جديدة، خصوصاً في المجال العسكري، ولا سيما في أنظمة الكشف والرؤية والتسديد.

ومما ساعد على ذلك، أن معظم الأسلحة والمقذوفات، أصبحت باهظة النفقات؛ مما يحتم ضمان وصولها إلى أهدافها بدقة بالغة. كما أن الإصابة والتدمير، من أول طلقة، أصبحا شبه مؤكدين؛ مما يعني أن طرف الصراع، الذي يرى خصمه أولاً، تكون له فرصة الفوز عليه بمجرد تصويب السلاح نحوه.

لقد كان حلم الإنسان على مدار التاريخ أن يقهر الظلام ويتعرف على ما لا تراه عينه بحيث يرى في الظلام كما يرى نهاراً. وقد تحقق له هذا الحلم بفضل اكتشاف الأسُس العلمية للرؤية الليلية وتطبيقها تكنولوجياً في صورة أجهزة ومعدات الرؤية الليلية بنوعيها: التكثيف والرؤية الحرارية.

2. الطيف[1] الكهرومغناطيسي ـ الحيز الضوئي

لا بدّ من إلقاء نظرة سريعة على الطيف الكهرومغناطيسي لتعرّف الجزء الفريد، المسمّى بالحيز الضوئي، بأقسامه، التي هي مجال عمل معَدات الرؤية عامة، والرؤية الليلية بصفة خاصة.

تتكون الموجة الكهرومغناطيسية من مركبَين (جزأين): مركب كهربائي، وآخر مغناطيسي متعامد عليه. وتسير الموجة وتنتشر في اتجاه عمودي، على كليهما.

و"الطيف الكهرومغناطيسي الشامل شاسع وواسع الامتداد؛ إذ يشتمل على حيز من الترددات، يزيد على ¹⁶10 هرتز (1هرتز ـ 1سيكل) (دورة)/ثانية)، بداية من الترددات المنخفضة جداً، حتى الأشعة الكونية الفائقة التردد. (اُنظر شكل الحيز الكهرومغنطيسي/ الضوئي)

والحيز الضوئي هو جزء من الطيف الكهرومغناطيسي، (اُنظر شكل الحيز الكهرومغنطيسي/ الضوئي)، يلي حيز موجات الراديو (الميكروويف)، من ناحية الترددات الأعلى. ويشمل حيزات فرعية ثلاثة رئيسية، هي (طبقاً لازدياد التردد):

أ. حيز الأشعة تحت الحمراء:

ويمتد من الطول الموجي 1 مم وحتى 0.78 ميكرون (1ميكرون = 10^-3 مم). والذي ينقسم، بدوره، إلى الأقسام الفرعية التالية:

(1) حيز الأشعة تحت الحمراء، القريب: من الطول الموجي 0.78 ميكرون حتى 3 ميكرونات.

(2) حيز الأشعة تحت الحمراء، المتوسط: من الطول الموجي 3 ميكرونات حتى 8 ميكرونات.

(3) حيز الأشعة تحت الحمراء، البعيد: من الطول الموجي 8 ميكرونات حتى 50 ميكروناً.

(4) حيز الأشعة تحت الحمراء، الأقصي: من الطول الموجي 50 ميكروناً حتى 1000 ميكرون.

ب. حيز الأشعة المرئية:

وهو الحيز الذي تستطيع فيه العين البشرية الرؤية المباشرة. ويقع بين الطول الموجي 0.39 حتى 0.77 ميكرون فقط. ويشمل ألوان الطيف السبعة المعروفة، بداية من اللون البنفسجي حتى اللون الأحمر. وتبلغ أكبر حساسية للعين البشرية حول اللون الأخضر بطوله الموجي 0.555 ميكرون. (اُنظر شكل الحساسية الطيفية للعين) 

ج. حيز الأشعة فوق البنفسجية:

من الطول الموجي 0.1 ميكرون حتى 0.39 ميكرون.

وبديهي، لدى التكلم عن الرؤية الليلية، تركيز الاهتمام في الأشعة تحت الحمراء.

3. الغلاف الجوي والنفاذية الجوية للأشعة تحت الحمراء

تتأثر الأشعة تحت الحمراء، أثناء انتشارها في الغلاف الجوي، بسبب وجود الجزيئات الدقيقة في مسارها، خاصة غازات ثاني أكسيد الكربون CO₂ والأوزون O₃ وبخار الماء H₂O، إذ يمتصّ كل منها حيزاً معيناً من الأطوال الموجية لتلك الأشعة، طبقاً لحجم جزيئات هذه الغازات، وحركة ودوران تلك الجزيئات.

ففي طبقات الجو المرتفعة، يظهر تأثير كلٍّ من ثاني أكسيد الكربون والأوزون، بينما تتأثر الأشعة تحت الحمراء ببخار الماء تأثراً أكبر، على الارتفاعات المنخفضة.

وينتج من ذلك امتصاص Absorption أو تشتت Scattering الأشعة تحت الحمراء، في كل حيز الأطوال الموجية لها، عدا حيزات طيفية معينة، (اُنظر شكل النوافذ الجوية الطيفية) يمكن تحديدها بثلاثة حيزات (تسمى النوافذ الجوية الطيفية)، تسمح بمرور هذه الأشعة عندها، من دون فقْد أو اضمحلال يذكر.

4. النوافذ الجوية Atmospheric Windows

وتقع في الحيزات الطيفية الآتية:

أ. النافذة الأولى

وتشمل حيز الأطوال الموجية من 0.3 إلى 2.5 ميكرون، أي أنها تشمل جزءاً من الأشعة فوق البنفسجية، وجميع الحيز المرئي، وحيز الأشعة تحت الحمراء، القريب. وهي مجال عمل العين البشرية، وأجهزة التكثيف الضوئي.

ب. النافذة الثانية

وتشمل حيز الأطوال الموجية من 3 إلى 5 ميكرونات، وتعمل فيها أجهزة الرؤية تحت الحمراء الحرارية المتوسطة.

ج. النافذة الثالثة

وتشمل حيز الأطوال الموجية من 8 ميكرونات إلى 14 ميكروناً.

وتعمل فيها أجهزة الرؤية تحت الحمراء الحرارية البعيدة.