อย่างที่ทราบกันว่าดาวเทียมนั้นจะอาศัยคุณสมบัติของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นสื่อกลางในการได้มาซึ่งข้อมูล
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า (Electromagnetic Radiation)
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นรูปแบบหนึ่งการถ่ายเทพลังงาน จากแหล่งที่มีพลังงานสูงแผ่รังสีออกไปรอบๆ โดยมีคุณสมบัติที่เกี่ยวข้องกับคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า คือ ความยาวคลื่น (l) โดยอาจวัดเป็น nanometer (nm) หรือ micrometer (mm) และ ความถี่คลื่น (f) ซึ่งจะวัดเป็น hertz (Hz) โดยคุณสมบัติทั้งสองมีความสัมพันธ์ผ่านค่าความเร็วแสง ในรูป c = fl 
พลังงานของคลื่น พิจารณาเป็นความเข้มของกำลังงาน หรือฟลักซ์ของการแผ่รังสี (มีหน่วยเป็น พลังงานต่อหน่วยเวลาต่อหน่วยพื้นที่ = Joule s-1 m-2 = watt m-2) ซึ่งอาจวัดจากความเข้มที่เปล่งออกมา (radiance) หรือความเข้มที่ตกกระทบ (irradiance)
ภาพเป็นการแสดงช่วงความยาวคลื่นของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
เครื่องมือวัด (Sensor) ของดาวเทียมหรืออุปกรณ์ตรวจวัดจะออกแบบมาให้เหมาะสมกับช่วงความยาวของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในช่วงคลื่นต่างกัน เช่น
- ช่วงรังสีแกมมา (gamma ray : l < 0.1 nm) และช่วงรังสีเอ็กซ์ (x-ray : 0.1 nm < l < 300 nm) เป็นช่วงที่มีพลังงานสูง แผ่รังสีจากปฏิกิริยานิวเคลียร์ หรือจากสารกัมมันตรังสี
- ช่วงอัลตราไวโอเลต เป็นช่วงที่มีพลังงานสูง เป็นอันตรายต่อเซลสิ่งมีชีวิต
- ช่วงคลื่นแสง เป็นช่วงคลื่นที่ตามนุษย์รับรู้ได้ ประกอบด้วยแสงสีม่วง ไล่ลงมาจนถึงแสงสีแดง
- ช่วงอินฟราเรด เป็นช่วงคลื่นที่มีพลังงานต่ำ ตามนุษย์มองไม่เห็น จำแนกออกเป็น อินฟราเรดคลื่นสั้น และอินฟราเรดคลื่นความร้อน
- Near Infrared (NIR) ความยาวคลื่นจะอยู่ในช่วงระหว่าง 0.7 ถึง 1.5 µm.
- Short Wavelength Infrared (SWIR) ความยาวคลื่นจะอยู่ในช่วงระหว่าง 1.5 ถึง 3 µm.
- Mid Wavelength Infrared (MWIR) ความยาวคลื่นจะอยู่ในช่วงระหว่าง 3 ถึง 8 µm.
- Long Wavelength Infrared (LWIR) ความยาวคลื่นจะอยู่ในช่วงระหว่าง 8 ถึง 15 µm.
- Far Infrared (FIR) ความยาวคลื่นจะมากกว่า 15 µm.
- ช่วงคลื่นวิทยุ (radio wave) เป็นช่วงคลื่นที่เกิดจากการสั่นของผลึกเนื่องจากได้รับสนามไฟฟ้า หรือเกิดจากการสลับขั้วไฟฟ้า สำหรับในช่วงไมโครเวฟ มีการให้ชื่อเฉพาะ เช่น
- P band ความถี่อยู่ในช่วง 0.3 - 1 GHz (30 - 100 cm)
- L band ความถี่อยู่ในช่วง 1 - 2 GHz (15 - 30 cm)
- S band ความถี่อยู่ในช่วง 2 - 4 GHz (7.5 - 15 cm)
- C band ความถี่อยู่ในช่วง 4 - 8 GHz (3.8 - 7.5 cm)
- X band ความถี่อยู่ในช่วง 8 - 12.5 GHz (2.4 - 3.8 cm)
- Ku band ความถี่อยู่ในช่วง 12.5 - 18 GHz (1.7 - 2.4 cm)
- K band ความถี่อยู่ในช่วง 18 - 26.5 GHz (1.1 - 1.7 cm)
- Ka band ความถี่อยู่ในช่วง 26.5 - 40 GHz (0.75 - 1.1 cm
ความยาวช่วงคลื่นและความเข้มของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของแหล่งกำเนิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า เช่น ดวงอาทิตย์ มีอุณหภูมิ 6,000 K จะแผ่พลังงานในช่วงคลื่นแสงมากที่สุด วัตถุต่างๆ บนพื้นโลกส่วนมากจะมีอุณหภูมิประมาณ 300 K จะแผ่พลังงานในช่วงอินฟราเรดความร้อนมากที่สุด คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเมื่อเดินทางผ่านชั้นบรรยากาศ จะถูกโมเลกุลอากาศ และฝุ่นละอองในอากาศดูดกลืน และขวางไว้ทำให้คลื่นกระเจิงคลื่นออกไป คลื่นส่วนที่กระทบถูกวัตถุจะสะท้อนกลับ และเดินทางผ่านชั้นบรรยากาศมาตกสู่อุปกรณ์วัดคลื่น
เนื่องจากวัตถุต่างๆ มีคุณสมบัติการสะท้อนคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าที่ช่วงคลื่นต่างๆ ไม่เหมือนกัน ดังนั้นเราจึงสามารถใช้คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในการสำรวจจากระยะไกลได้ รูปต่อไปนี้แสดงลักษณะการสะท้อนแสงเปรียบเทียบระหว่างวัตถุต่างชนิดกันที่ช่วงคลื่นต่างๆ กัน ความสามารถในการสะท้อนแสงของวัตถุต่างๆ บนพื้นโลกสามารถสรุปได้ดังนี้
- น้ำสะท้อนแสงในช่วงแสงสีน้ำเงินได้ดี และดูดกลืนคลื่นในช่วงอื่นๆ และให้สังเกตว่าน้ำจะดูดกลืนคลื่น IR ช่วง 0.91 mm ในช่วงนี้ได้ดีมาก
- ดินสะท้อนแสงในช่วงคลื่นแสงได้ดีทุกสี
- พืชสะท้อนแสงช่วงสีเขียวได้ดี และสะท้อนช่วงอินฟราเรดได้ดีกว่าน้ำและดินมาก
ปฎิสัมพันธ์ระหว่างพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีต่อ ดิน
ปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อการสะท้อนแสงของดิน ได้แก่ ความชื้นภายในดิน (Moisture Content)ความหยาบละเอียดของดิน (Soil Texture) เช่นดินทราย ดินร่วน จะมีความสามารถในการกักเก็บน้ำต่างกัน ความขรุขระของพื้นผิวดิน ส่วนผสมของเหล็กอ๊อกไซด์และอินทรีย์วัตถุที่อยู่ในดิน เป็นต้น ยกตัวอย่างเช่น ความชื้นที่อยู่ในดินจะมีผลทำให้ค่าสะท้อนแสงลดลงดินทรายมีเนื้อหยาบจึงระบายน้ำได้ดี มีความชื้นในดินต่ำ มีผลทำให้การสะท้อนแสงสูงขึ้นส่วนดินที่มีเนื้อละเอียด เช่น ดินเหนียวจะมีการอุ้มน้ำได้ดี มีผลทำให้การสะท้อนแสงลดลงลายเซ็นช่วงคลื่นของดินค่อนข้างจะสม่ำเสมออกว่าลายเซ็นช่วงคลื่นของพืช เช่น ดินแห้งจะมีการสะท้อนแสงสูงในทุกช่วงคลื่น
ปฎิสัมพันธ์ระหว่างพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีต่อ น้ำ
การสะท้อนพลังงานของน้ำมีลักษณะต่างจากวัตถุอื่นอย่างชัดเจน โดยเฉพาะในช่วงคลื่นอินฟราเรด ทำให้สามารถเขียนขอบเขตของน้ำได้ ลักษณะการสะท้อนพลังงานของน้ำขึ้นอยู่กับคุณภาพของน้ำ ความลึกของน้ำ การดูดกลืนพลังงานของน้ำจะมีค่ามากที่ช่วงคลื่นอินฟราเรดใกล้จึงทำให้งานทำแผนที่แหล่งน้ำโดยใช้รีโมทเซนซิงทำได้ง่ายในช่วงคลื่นดังกล่าวน้ำใสจะมีการดูดกลืนพลังงานเล็กน้อยที่มีช่วงคลื่นสั้นกว่า 0.6 ไมโครเมตร แต่จะมีการส่งผ่านพลังงานสูงมากในช่วงคลื่นสีน้ำเงิน-เขียว และสะท้อนแสงต่ำมากในช่วงคลื่นที่
มองเห็นได้ หากน้ำมีความขุ่นก็จะมีผลทำให้การส่งผ่านความร้อน และการสะท้อนแสงเปลี่ยนแปลงไปอย่างรวดเร็ว เช่นน้ำที่ประกอบไปด้วยตะกอนที่เกิดจากการพังทลายของดินทำให้มีค่าสะท้อนแสงสูงขึ้นในช่วงคลื่นที่มองเห็นได้มากกว่าน้ำใสที่อยู่ในแหล่งเดียวกัน
ปฎิสัมพันธ์ระหว่างพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีต่อพืช
ค่าการสะท้อนแสงของพืช จะแปรผันไปตามความยาวของช่วงคลื่น การที่จะทราบว่าทำไม พืชแต่ละชนิดให้ค่าสะท้อนแสงแตกต่างกันออกไปจะต้องพิจารณาถึงความแตกต่าง ในเรื่องสีของรงควัตถุในใบพืช โครงสร้างภายในของพืช และ น้ำที่อยู่ในพืชพืชชั้นสูงมักประกอบไปด้วย คลอโรฟิลด์ (Chlorophyll) คาโรทีน (Carotene) และ แซนโตฟิลด์ (Xanthophyll) ซึ่งมีความสามารถในการดูดกลืนแสงที่มองเห็นได้ เพื่อใช้ในขบวนการสังเคราะห์แสง และเป็นปัจจัยที่ก่อให้เกิดรูปแบบการสะท้อนแสงของพืช ลักษณะการสะท้อนแสง
นี้เรียกว่า “ลายเซ็นช่วงคลื่น” (Spectral Signature) ลายเซ็นช่วงคลื่นของพืช ดิน และ น้ำ จะมีค่าแตกต่างกันออกไป พืชที่สมบูรณ์ จะมีการสะท้อนพลังงานต่ำในช่วงคลื่น สีน้ำเงินและสีแดง (0.45-0.65 ไมโครเมตร)
เนื่องจากมีการดูดกลืนพลังงานเพื่อใช้ในการสังเคราะห์แสง จึงเรียกช่วงคลื่นนี้ว่า เป็นช่วง คลื่นที่ถูกดูดกลืนโดยคลอโรฟิลด์ (Chlorophyll Absorption Bands) พืชสะท้อนแสงปานกลาง ในช่วงคลื่น สีเขียว แต่จะสะท้อนพลังงานสูงขึ้นในช่วงคลื่น อินฟราเรดใกล้ (Near Infrared) ซึ่งเป็นผลมาจากโครงสร้างภายใน (Cell Structure) ของพืช ทำให้สามารถจำแนกประเภท ของพืชได้ นอกจากนี้แล้ว ชนิดของพืช ความหนาแน่นของใบ และเรือนยอดก็ยังมีบทบาทต่อการสะท้อนแสงอีกด้วย พืชที่มีใบหนา เช่นข้าวโพด ยอมให้การส่งผ่านพลังงานน้อย
แต่จะดูดกลืนพลังงานมาก แต่พืชที่มีใบบาง เช่น กะหล่ำแก้ว จะส่งผ่านพลังงานมากแต่มีการดูดกลืนน้อย เป็นต้น ในช่วงคลื่นอินฟราเรดกลาง (1.3- 2.6 ไมโครเมตร) ค่าสะท้อนแสงจากพืชจะลดลง เนื่องจากน้ำ
ในใบพืชจะดูดซับพลังงานในช่วงคลื่นนี้ไว้ (ช่วง 1.49, 1.6 และ 2.7 ไมโครเมตร) จึงเรียกช่วงคลื่นนี้ว่า “Water Absorption Band”
ที่มา
http://www.gisthai.org/about-gis/electromagnetic.html
http:\\www.rs.psu.ac.th\rs
ไม่มีความคิดเห็น:
แสดงความคิดเห็น