Основи дистанційного зондування. Частина 1
Це перший пост із серії, що розповідає про основні поняття дистанційного зондування. Тут можна дізнатися більше про електромагнітне випромінення 
На непростому шляху до диплому магістра, на самому початку, насправді, посередині курсу “GOEG6062: Core skills in remote sensing” мене дещо вразило.
Виходить, що хоча світ не такий, яким ми його бачимо, ми можемо відкрити шпаринку і побачити більше, ніж дозволяють нам наші обмежені людські відчуття.
Звичайно, я щось знала про теорію світла, про різність сприйняття та інтерпретації “реальності”. Але це був час, коли я отримала докази та нарешті зрозуміла, що те, що бачу я, – нікчемна частка того, що насправді можна сприйняти у навколишньому середовищі.
Що я найбільше люблю у дистанційному зондуванні (незважаючи на цю майже медичну назву) – це можливість використовувати невидимі для наших очей характеристики таким чином, щоб вони працювали на нас та відкривали все, що ховається на видноті. Побачити те, що наші очі побачити не в змозі. Тож, почнемо з початку.
Ми усі дуже завдячуємо нашій найближчій зірці.
Вона нас підігріває, дає енергію, що її ми використовуємо; повітря, яким ми дихаємо створюється завдяки їй. Все, що бачимо навкруги, бачимо завдяки її світлу (напевне, це більш помітно вдень).
Світло – електромагнітна радіація (ЕМР) у певному діапазоні електромагнітного спектру.
У разі, якщо ми захочемо дізнатися, чим саме є ця ЕМР, ми знайдемо інформацію про корпускулярно-хвильовий дуалізм чи побачимо трохи спантеличуючий графік електричного і магнітного поля, які коливаються перпендикулярно одне одному:
Далі бачимо, що саме довжина хвилі (m) та частота (Hz) характеризують коливання, що створюють електромагнітний спектр.
(коротша довжина хвилі (λ) означає більшу частоту)
Зважаючи на довжину хвилі, спектр ділять на (у порядку зростання): гамма хвилі, рентгенівські хвилі, ультрафіолет, видиме світло, інфрачервоне випромінювання, мікрохвилі та радіо хвилі.
Коли писала це, задумалась, чи є щось за межами цього названого спектру. Трохи про це почитати можна тут (англ).
Також можна глянути на цей дивовижний графік, зроблений у 1944 компанією W.M. Welch Scientific Company, що пояснює електромагнітний спектр..
Частка електромагнітного спектру, яку ми насправді бачимо – видиме світло – це доля приблизно у межах 400-700 nm. Згідно з даними Wikipedia, у лабораторних умовах людина може бачити в інфрачервоному регіоні до 1050 nm, а молоді люди та діти сприймають довжини хвилі в ультрафіолеті приблизно до 310 – 313 nm. Усе інше залишається невидимим для людського ока.
На жаль, наше око має лише три типи клітин-колбочок, кожний з яких є чутливим до різних частин видимого спектру, тобто до основних кольорів: червоного, зеленого і синього. Саме це надає людині трихроматичний зір.
(доля видимого світла)
Проте деякі птахи та ссавці бачать також у частині ультрафіолетового спектру, а змії навіть можуть сприймати у інфрачервоному. Це дозволяє їм бачити приховані від наших очей деталі. Наприклад, ось так може виглядати квітка у видимому діапазоні та в ультафіолеті:
© Bjorn Roslett / Science Photo Library
Світло, що ми бачимо, складає малу частину електромагнітного спектру. Електромагнітні хвилі, що підкорюються законам оптики, складають трошки ширший діапазон і називаються оптичною радіацією. Однак, все одно це лише дуже мала частина цілого.
Тепер давайте повернемося до сонця.
Тіла, що є теплішими за абсолютний нуль, випромінюють радіацію.
Гарячіші тіла більше випромінюють на коротших довжинах хвиль.
Кажуть же, що зірки, що миготять синім кольором, насправді набагато гарячіші за ті, що миготять червоним. Про це більше можна почитати у законі зміщення Віна.
Якщо порівнювати людину та сонце, ось приблизний графік:
Сонце випромінює на різноманітних довжинах хвилі через різність температур випромінюючої поверхні. Пік випромінення припадає приблизно на 500 nm, у видимому спектрі. Це радіація, що надходить до верхівки земної атмосфери.
Після того, як сонце його випромінило, фотон з найбільшою дозволеною швидкістю долає мільйони кілометрів, щоб дістатися до Землі. Однак він стикається із перепоною на своєму шляху. Атмосфера, як газовий щит, поглинає велику кількість радіації, і, на щастя нам, багато шкідливої. Водяний пар, кисень і озон, вуглекислий газ знижують передачу у певних довжинах хвиль, створюючи смуги поглинання у атмосфері. Гама та рентгенівські промені поглинаються разом з частинами інфрачервоного спектру.
© Addison-Wesley Longman
Нам пощастило, не уся радіація поглинається, проте поглинається найшкідливіша. Частини елекромагнітного спектру, для яких атмосфера прозора, називаются атмосферними вікнами. Наприклад, одне з них знаходиться у діапазоні 300-750 nm, і пропускає ультрафіолет та видиме світло, більше вікон є у інфрачервоному та радіо діапазонах.
© JHU Physics and Astronomy
Тож виходить, що пік випромінювання, найбільший вихід радіації із сонця, знаходиться в районі видимого спектру. До того ж атмосферне вікно, що саме дозволяє радіації дістатися поверхні Землі та наших очей, також знаходиться у таких довжинах хвиль.
І до всього цього саме цей діапазон – видиме світло – є таким, що наші з вами очі можуть його сприйняти.
Збіг обставин? Не думаю.
Беручи все це до уваги, дуже просто оцінити, як можливості наших чуттєвих органів насправді cформовані нашим оточенням. Й у разі, якби нам було дано трохи інший набір умов, світ би міг виглядати зовсім інакшим для наших очей.
От, наприклад, планета, що її відшукали NASA, Kepler-22b – яким би там виглядало світло?
Хоча вчені вже сумніваються, що ця планета є придатною для життя.
