การรับรู้ระยะไกล (Remote sensing )

บทนิยามและความหมาย

การรับรู้จากระยะไกล หรือ รีโมทเซนซิ่ง คือ เป็นวิทยาศาสตร์และศิลปะในการได้มาซึ่งข้อมูลที่เกี่ยวข้องกับวัตถุพื้นที่หาข้อมูลเกี่ยวกับสิ่งต่างๆ พื้นที่และปรากฏการณ์ต่าง ๆ หรือปรากฏการณ์ ด้วยการวิเคราะห์ข้อมูลที่ได้จากเครื่องมือที่ใช้เก็บข้อมูล ซึ่งเครื่องมือบันทึกข้อมูลโดยปราศจากการเข้าไปสัมผัสกับวัตถุเป้าหมาย ทั้งนี้อาศัยคุณสมบัติของเคลื่อนแม่เหล็กไฟฟ้า เป็นสื่อการได้มาซึ่งข้อมูล ใน 3 ลักษณะคือ ช่วงคลื่น รูปทรงสัณฐานของวัตถุบนพื้นผิวโลก และการเปลี่ยนแปลงตามช่วงเวลา

ระบบรีโมทเซนซิง ถ้าแบ่งตามแหล่งกำเนิดพลังงานที่ก่อให้เกิดคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า มี 2 กลุ่มใหญ่ คือ

1. Passive remote sensing เป็นระบบที่ใช้กันกว้างขวางตั้งแต่เริ่มแรกจนถึงปัจจุบัน โดยมีแหล่ง พลังงานที่เกิดตามธรรมชาติ คือ ดวงอาทิตย์เป็นแหล่งกำเนิดพลังงาน ระบบนี้จะรับและบันทึกข้อมูลได้ ส่วนใหญ่ในเวลากลางวัน และมีข้อจำกัดด้านภาวะอากาศไม่สามารถรับข้อมูลได้ในฤดูฝนหรือเมื่อมีเมฆหมอกฝน

2. Active remote sensing เป็นระบบที่แหล่งพลังงานเกิดจากการสร้างขึ้นในตัวของเครื่องมือสำรวจ เช่น ช่วงคลื่นไมโครเวฟที่สร้างในระบบเรดาห์ แล้วส่งพลังงานนั้นไปยังพื้นที่เป้าหมาย ระบบนี้ สามารถทำการรับและบันทึกข้อมูล ได้โดยไม่มีข้อจำกัดด้านเวลา หรือ ด้านสภาวะภูมิอากาศ คือสามารถรับส่งสัญญาณได้ทั้งกลางวันและกลางคืน อีกทั้งยังสามารถทะลุผ่านกลุ่มเมฆ หมอก ฝนได้ในทุกฤดูกาลในช่วงแรกระบบ passive remote sensing ได้รับการพัฒนามาก่อน และยังคงใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน ส่วนระบบ active remote sensing มีการพัฒนาจากวงการทหาร แล้วจึงเผยแพร่เทคโนโลยีนี้ต่อกิจการพลเรือนในช่วงหลัง การสำรวจในด้านนี้ได้รับความสนใจมากขึ้นโดยเฉพาะกับประเทศในเขตร้อนที่มีปัญหาเมฆ หมอก ปกคลุมอยู่เป็นประจำ

อ้างอิงแหล่งที่มาของข้อมูล/ภาพ

http://203.155.220.118/gisforeveryone/remote_sensing/basic_rs_n.html
http://www.gotoknow.org/file/supet-gis2me/view/33670
http://www.sahavicha.com/?name=knowledge&file=readknowledge&id=2641&t=%CA%D8%B4%C2%CD%B4%E0%B7%A4%E2%B9%E2%C5%C2%D5

หลักกาารทำงานของรีโมตเซนซิง

หลักการของรีโมตเซนซิง
หลักการของรีโมตเซนซิงประกอบด้วยกระบวนการ 2 กระบวนการ ดังต่อไปนี้คือ

1. การได้รับข้อมูล (Data Acquisition) เริ่มตั้งแต่พลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าจากแหล่งกำเนิดพลังงาน เช่น ดวงอาทิตย์ เคลื่อนที่ผ่านชั้นบรรยากาศ, เกิดปฏิสัมพันธ์กับวัตถุบนพื้นผิวโลก และเดินทางเข้าสู่เครื่องวัด/อุปกรณ์บันทึกที่ติดอยู่กับยานสำรวจ (Platform) ซึ่งโคจรผ่าน ข้อมูลวัตถุหรือปรากฏการณ์บนพื้นผิวโลกที่ถูกบันทึกถูกแปลงเป็นสัญญาณอิเล็กทรอนิกส์ส่งลงสู่สถานีรับภาคพื้นดิน (Receiving Station) และผลิตออกมาเป็นข้อมูลในรูปแบบของข้อมูลเชิงอนุมาน (Analog Data) และข้อมูลเชิงตัวเลข(DigitalData)เพื่อนำไปนำวิเคราะห์ข้อมูลต่อไป

2. การวิเคราะห์ข้อมูล (Data Analysis) วิธีการวิเคราะห์มีอยู่ 2 วิธี คือ
- การวิเคราะห์ด้วยสายตา (Visual Analysis) ที่ให้ผลข้อมูลออกมาในเชิงคุณภาพ (Quantitative) ไม่สามารถ วัดออกมาเป็นค่าตัวเลขได้แน่นอน
- การวิเคราะห์ด้วยคอมพิวเตอร์ (Digital Analysis) ที่ให้ผลข้อมูลในเชิงปริมาณ (Quantitative) ที่สามารถแสดงผลการวิเคราะห์ออกมาเป็นค่าตัวเลขได้

การวิเคราะห์หรือการจำแนกประเภทข้อมูลต้องคำนึงถึงหลักการดังต่อไปนี้
1. Multispectral Approach คือข้อมูลพื้นที่และเวลาเดียวกันที่ถูกบันทึกในหลายช่วงคลื่นซึ่งในแต่ละช่วงความยาวคลื่น(Band)ที่แตกต่างกันจะให้ค่าการสะท้อนพลังงานของวัตถุหรือพื้นผิวโลกที่แตกต่างกัน
2. Multitemporal Approach คือ การวิเคราะห์การเปลี่ยนแปลงไปตามกาลเวลา จำเป็นต้องใช้ข้อมูลหลายช่วงเวลาเพื่อนำมาเปรียบเทียบหาความแตกต่าง
3. Multilevel Approach คือ ระดับความละเอียดของข้อมูลในการจำแนกหรือวิเคราะห์ข้อมูล ซึ่งขึ้นอยู่กับการประยุกต์ใช้งาน เช่น การวิเคราะห์ในระดับภูมิภาคก็อาจใช้ข้อมูลจากดาวเทียม LANDSAT ที่มีรายละเอียดภาพปานกลาง (Medium Resolution) แต่ถ้าต้องการศึกษาวิเคราะห์ในระดับจุลภาค เช่น ผังเมือง ก็ต้องใช้ข้อมูลดาวเทียมที่ให้รายละเอียดภาพสูง (High Resolution) เช่น ข้อมูลจากดาวเทียม SPOT, IKONOS, หรือรูปถ่ายทางอากาศเป็นต้น

อ้างอิงแหล่งที่มาของข้อมูล/ภาพ

http://www.rmutphysics.com/charud/oldnews/201/sattlelite/6.htm
http://www.alumni.forest.ku.ac.th/index.php?
http://www.sahavicha.com/?name=knowledge&file=readknowledge&id=2641&t=%CA%D8%B4%C2%CD%B4%E0%B7%A4%E2%B9%E2%C5%C2%D5

ระบบกำหนดตำแหน่งบนพื้นโลก (Global Positioning System)

ระบบกำหนดตำแหน่งบนพื้นโลก (GPS)

GPS ย่อมาจาก Global Positioning System ซึ่งถ้าแปลให้ตรงตัวแล้วคือ ระบบกำหนดตำแหน่งบนพื้นโลกโดยอาศัยดาวเทียมทั้งหมดถึง 24 ดวง โคจรอยู่เหนือพื้นโลก การที่เครื่องรับสัญญาณจะสามารถที่จะกำหนดค่าพิกัด (X,Y) ได้จะต้องรับสัญญาณดาวเทียมได้อย่างน้อย 3 ดวงขึ้นไป แต่ถ้ารับได้ 4 ดวงก็จะสามารถกำหนดค่าพิกัด(X,Y) พร้อมทั้งค่าความสูง (Z) ของตำแหน่งนั้นได้ด้วย ระบบ GPS สามารถที่จะทำงานได้ทุกสภาวะและตลอด24 ชั่วโมง

ลักษณะการทำงานในการกำหนดค่าพิกัดของระบบ GPS ทำได้ด้วยการนำเครื่องรับไปยังตำแหน่งที่ต้อง การจะทราบค่าพิกัดจากนั้น เครื่องรับจะรอสัญญาณจากดาวเทียมเมื่อเรื่องรับได้สัญญาณจากจำนวนดาวเทียมที่เพียงพอก็จะประมวลสัญญาณจากดาวเทียม เมื่อเครื่องรับได้สัญญาณจากจำนวนดาวเทียมที่เพียงพอก็จะประมวลผลสัญญาณข้อมูลที่ได้จากดาวเทียม และแสดงผลออกมาเป็นค่าพิกัดของตำแหน่งเครื่องรับ การนำระบบ GPS ไปใช้ในงานด้านต่างๆ อย่างกว้างขวางโดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับงานทางด้านแผนที่และงานทางด้านการสำรวจและทำให้ระบบGPSมีความสำคัญมากขึ้น

อ้างอิงแหล่งที่มาของข้อมูล/ภาพ

http://www.it24hrs.com/2011/about-gps/
http://www.beartai.com/webboard/index.php?topic=517.0

รีโมทเซนซิงนำมาใช้ประโยชน์ในการพัฒนาประเทศในงานต่างๆหลายด้าน

การใช้ที่ดิน

- รีโมทเซนซิง สามารถใช้แปล รูปแบบการใช้ที่ดินประเภทต่างๆ และนำผลลัพธ์ที่ได้มาจัดทำแผนที่การใช้ที่ดิน

- รีโมทเซนซิง นำมาใช้สนับสนุนติดตามและประเมินแนวโน้มการใช้ที่ดินประเภทต่างๆ เช่น ด้านการเกษตร พื้นที่ป่าไม้ เป็นต้น

การเกษตร

- ภาพถ่ายจากดาวเทียมใช้สำรวจบริเวณพื้นที่เพาะปลูกพืชเศรษฐกิจเช่น พื้นที่ปลูกข้าว ปาล์มน้ำมัน ยางพารา สัปปะรด อ้อย ข้าวโพด ฯลฯ

- ผลลัพธ์จากการแปลภาพใช้ประเมินการเปลี่ยนแปลงการเพาะปลูกพืชเศรษฐกิจในแง่ปริมาณ ราคา ช่วงเวลา ฯลฯ

- ติดตามขอบเขตและความอุดมสมบูรณ์ของพื้นที่ป่าและเขตอนุรักษ์พันธุ์ไม้

- ประเมินบริเวณพื้นที่ที่เหมาะสม (มีศักยภาพ) ในการปลูกพืชต่าง ๆ เช่น ข้าว ปาล์มน้ำมัน มันสำปะหลัง เป็นต้น

ป่าไม้

- ติดตามการเปลี่ยนแปลงพื้นที่ป่าไม้จากการแปลภาพถ่ายจากดาวเทียม เช่น ป่าดงดิบ ป่าดิบชื้น ป่าเต็งรัง ป่าชายเลน เป็นต้น

- ผลลัพธ์จากการแปลสภาพพื้นที่ป่า เพื่อสำรวจพื้นที่ป่าอุดมสมบูรณ์และป่าเสื่อมโทรม

- นอกจากนี้ยังใช้สำหรับ ติดตามพื้นที่ไฟป่าและความเสียหายจากไฟป่า

- ประเมินพื้นที่ที่เหมาะสมสำหรับปลูกป่าทดแทนบริเวณที่ถูกบุกรุก หรือโดนไฟป่า

ธรณีวิทยา

- การใช้ภาพถ่ายจากดาวเทียมแปลสภาพพื้นที่เพื่อจัดทำแผนที่ธรณีวิทยาและโครงสร้างทางธรณีซึ่งเป็นข้อมูลที่ต้องใช้เวลาและงบประมาณในการสำรวจ และนำมาสนับสนุนในการพัฒนาประเทศ เช่นเพื่อการประเมินหาแหล่งแร่แหล่งเชื้อเพลิงธรรมชาติ แหล่งน้ำบาดาล การสร้างเขื่อน เป็นต้น

- การใช้รีโมทเซนซิงมาสนับสนุนการจัดทำแผนที่ภูมิประเทศ

การวางผังเมือง

- ใช้รีโมทเซนซิง ภาพถ่ายจากดาวเทียมรายละเอียดสูง เพื่อใช้ติดตามการขยายตัวของเมือง

- ภาพถ่ายจากดาวเทียมช่วยให้ติดตาม การเปลี่ยนแปลงลักษณะ/รูปแบบ/ประเภทการใช้ที่ดิน

- ใช้ภาพถ่ายรายละเอียดสูง ติดตามระบบสาธารณูปโภค เช่น ระบบคมนาคมขนส่งทางบกทางน้ำ BTS ไฟฟ้า เป็นต้น

- ผลลัพธ์จากการแปลภาพถ่ายจากดาวเทียมนำมาใช้ ในระบบสารสนเทศภูมิศาสตร์วิเคราะห์ การพัฒนาสาธารณูปการเช่น การจัดสร้าง/ปรับปรุง สถานศึกษา โรงพยาบาล สถานีตำรวจ ดับเพลิง ไปรษณีย์ห้องสมุด สนามเด็กเล่น สวนสาธารณะ เป็นต้น

อุตุนิยมวิทยา/อุบัติภัย

ผลลัพธ์ที่ได้จากการแปลพื้นที่ได้รับผลกระทบ เพื่อการวางแผนช่วยเหลือและฟื้นฟู

รีโมทเซนซิง จึงได้นำมาใช้ประโยชน์ต่อการพัฒนาประเทศเป็นอย่างยิ่ง อย่างที่ได้เห็นตัวอย่างข้างต้นมาแล้วนี้

อ้างอิงแหล่งที่มาของข้อมูล/ภาพ

http://www.gis2me.com/th/?p=739

ขั้นตอนการสำรวจทางรีโมทเซนซิง

การได้รับข้อมูล (Data acquisition) เป็นกระบวนการบันทึกพลังงานที่สะท้อนหรือส่งผ่านของวัตถุโดยเครื่องมือบันทึกข้อมูลบนยานสำรวจ (platform) แล้วส่งข้อมูลเหล่านั้นไปยังสถานีรับสัญญาณภาคพื้นดิน เพื่อผ่านกรรมวิธีการผลิตเป็นข้อมูล ซึ่งข้อมูลผลลัพธ์อยู่ได้ทั้งในรูปแบบของภาพถ่ายและข้อมูลเชิงตัวเลข ประกอบไปด้วย

1) แหล่งพลังงาน คือ ดวงอาทิตย์
2) การเคลื่อนที่ของพลังงาน (คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า) ผ่านชั้นบรรยากาศโลก ซึ่งจะมีพลังงานบางส่วนต้องเปลี่ยนแปลงไปตามสภาพของชั้นบรรยากาศโลก
3) ลักษณะผิวหน้าของโลก ซึ่งพลังงานที่ผ่านชั้นบรรยากาศมาแล้วจะทำปฏิสัมพันธ์กับพื้นผิวโลก
4) ระบบถ่ายภาพหรือระบบการบันทึกข้อมูล ซึ่งความละเอียดของภาพขึ้นกับระดับความสูงของวงโคจร ความสามารถของระบบที่บันทึก และสภาพบรรยากาศของโลกขณะพลังงานสะท้อนกลับ
5) ผลิตภัณฑ์ข้อมูล เป็นข้อมูลที่ได้รับทั้งในแบบข้อมูลเชิงตัวเลขและรูปภาพ

การวิเคราะห์ข้อมูล (Data analysis)
ประกอบด้วยการวิเคราะห์ข้อมูล การแปลตีความ การผลิต และการนำไปใช้

6) กระบวนการแปลภาพ ซึ่งอาจใช้ทั้งวิธีด้วยสายตา และ/หรือ ด้วยคอมพิวเตอร์
7) ผลิตภัณฑ์สารสนเทศ

อ้างอิงแหล่งที่มาของข้อมูล/ภาพ

http://www.gis2me.com/th/?p=773

http://satnumber.forums-free.com/topic-t104.html

ทฤษฎีคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเป็นพลังงานรูปหนึ่งที่ส่งผ่านจากดวงอาทิตย์โดยการแผ่รังสี พลังงานแม่เหล็กไฟฟ้า ประกอบไปด้วย สนามแม่เหล็กและสนามไฟฟ้า โดยที่ทิศทางของสนามไฟฟ้าและทิศทางของสนามแม่เหล็ก มีการเคลื่อนที่ของคลื่นตั้งฉากซึ่งกันและกัน (แบบฮาร์โมนิค (Hamonic) คือ มีช่วงซ้ำและจังหวะเท่ากันในเวลาหนึ่งและมีความเร็วเท่าแสง) ซึ่งมีความสัมพันธ์กันดังนี้

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าประกอบไปด้วยคลื่นที่มีความยาวช่วงคลื่นในหลากหลายช่วงคลื่น ตั้งแต่สั้นที่สุดไปจนถึงยาวที่สุด ซึ่งในแต่ละช่วงคลื่นจะมีคุณสมบัติเฉพาะตัว ความยาวคลื่นและความถี่คลื่นมีความสัมพันธ์กันแบบผกผัน กล่าวคือ ถ้าความยาวคลื่นมาก ความถี่จะน้อย หรือความยาวคลื่นน้อย ความถี่จะมาก โดยทั่วไป หน่วยวัดความยาวคลื่นที่ใช้ในงานรีโมทเซนซิง มักใช้เป็น ไมโครเมตร

ตาราง แสดงประเภทของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

ประเภทคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า	ความยาวช่วงคลื่น	ความถี่	คุณสมบัติ
1. รังสีแกมมา (gamma ray)	< 0.03 nm.	> 3,000 THz	ถูกดูดกลืนทั้งหมดโดยชั้นบรรยากาศชั้นบน จึงไม่ได้นำมาใช้ประโยชน์ในการสำรวจจากระยะไกล
2. รังสีเอกซ์ (x-ray)	0.03-3.0 nm.	> 3,000 THz	ถูกดูดกลืนทั้งหมดโดยชั้นบรรยากาศชั้นบนเช่นกัน จึงไม่ได้นำมาใช้ประโยชน์ในการสำรวจจากระยะไกล
3. รังสีอัลตราไวโอเลต (ultraviolet)	0.03-0.4 mm	750-3,000 THz	ช่วงคลื่นสั้นกว่า 0.3 mm ถูกดูดซึมทั้งหมดโดยโอโซน (O3) ในบรรยากาศชั้นบน
4. คลื่นอัลตราไวโอเลตที่ใช้ในการถ่ายภาพ (photographic ultraviolet band)	0.03-0.4 mm	750-3,000 THz	ช่วงคลื่นนี้สามารถผ่านชั้นบรรยากาศได้ สามารถถ่ายภาพด้วยฟิล์มถ่ายรูป แต่มีการกระจายในชั้นบรรยากาศเป็นอุปสรรค
5. คลื่นตามองเห็น (visible)	0.4-0.7 mm	430-750 THz	เป็นช่วงคลื่นที่บันทึกด้วยฟิล์มถ่ายภาพและอุปกรณ์บันทึกภาพได้ดี โดยเป็นช่วงคลื่นที่ดวงอาทิตย์มีการสะท้อนพลังงานสูงสุด (reflected energy peak ที่ 0.5 mm) ช่วงคลื่นนี้แบ่งออกได้เป็น 3 กลุ่มที่ตอบสนองต่อสายตามนุษย์ คือ
ประเภทคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า	ความยาวช่วงคลื่น	ความถี่	คุณสมบัติ
			0.4-0.5 mm. ช่วงคลื่นสีน้ำเงิน 0.5-0.6 mm. ช่วงคลื่นสีเขียว 0.6-0.7 mm. ช่วงคลื่นสีแดง ซึ่งเป็นแม่สีแสงที่ก่อให้เกิดสีต่างๆ ที่เรามองเห็นในธรรมชาติ
6. คลื่นอินฟราเรด (infrared) แบ่งออกเป็นช่วงคลื่นย่อย ดังนี้			ช่วงคลื่นระหว่าง 0.7-0.9 mm สามารถถ่ายภาพด้วยฟิล์มพิเศษ เรียกว่า photographic infrared film และเป็นช่วงที่โลกสะท้อนพลังงานสูงสุดที่ 9.7 mm
6.1 อินฟราเรดใกล้ (near infrared)	0.7-1.3 mm	230-430 THz	มีประโยชน์ต่อการศึกษาด้านพืชพรรณ การแยกแยะดินกับน้ำ
6.2 อินฟราเรดคลื่นสั้น (short wave infrared)	1.3-3.0 mm	100-230 THz	มีประโยชน์ต่อการศึกษาด้านการใช้ที่ดินแร่ธาตุ
6.3 อินฟราเรดคลื่นกลาง (middle wave infrared)	3.0-8.0 mm	38-100 THz	มีประโยชน์ด้านการแยกแยะแร่ธาตุวัตถุสะท้อนแสงสูง
6.4 อินฟราเรดความร้อน (thermal infrared)	8.0-14.0 mm	22-38 THz	ใช้ศึกษาโรคพืชเนื่องจากความร้อน ความแตกต่างของความร้อนในพื้นที่ศึกษา ความแตกต่างของความชื้นของดิน
6.5 อินฟราเรดไกล (far infrared)	14.0 mm – 1 mm.	0.3-22 THz	ไม่ปรากฏการประยุกต์ใช้เพราะคลื่นนี้จะถูกชั้นบรรยากาศดูดกลืนจนเกือบทั้งหมด
7. คลื่นไมโครเวฟ (microwave) แบ่งตามขนาดความยาวคลื่นได้ 3 กลุ่มย่อย	0.1-30.0 cm.		เป็นช่วงคลื่นยาวที่สามารถทะลุผ่านหมอก เมฆ และฝนได้ สามารถบันทึกข้อมูลได้ทั้งระบบพาสซีฟและแอคทีฟ
7.1 ช่วงคลื่นขนาดมิลลิเมตร	1.0-10.0 mm.	30-300 GHz
7.2 ช่วงคลื่นขนาดเซนติเมตร	1.0-10.0 mm.	3-30 GHz
7.3 ช่วงคลื่นขนาดเดซิเมตร	0.1-1.0 dm.	0.3-3 GHz
8. คลื่นเรดาร์ (radar) มีแบ่งย่อยเป็นช่วงคลื่นที่สำคัญ ดังนี้	0.1-30.0 cm.	30-300 MHz	เป็นระบบแอคทีฟ ที่สามารถทะลุผ่านหมอก เมฆ และฝนได้
8.1 Ka band	10 mm.
8.2 X band	30 mm.
8.3 L band	25 cm.
9. คลื่นวิทยุ (radio)	1 m. – 100 km.	3 KHz–300 MHz	เป็นช่วงคลื่นที่ยาวที่สุด บางครั้งมีเรดาร์อยู่ในช่วงนี้ด้วย

อ้างอิงแหล่งที่มาของข้อมูล/ภาพ

http://www.gis2me.com/th/?p=784

ศุทธินี ดนตรี, ความรู้พื้นฐานด้านการสำรวจจากระยะไกล (Remote Sensing), 2544, หน้า 3-7 ถึง 3-8

แหล่งพลังงานและการแผ่รังสี (Energy Sources and Radiation)

แสงสว่างเป็นรูปหนึ่งของพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้า ซึ่งแผ่รังสีเป็นไปตามทฤษฎีของคลื่น ส่วนพลังงานของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้านั้น สามารถอธิบายได้ด้วยทฤษฎีอนุภาค (Particle Theory) กล่าวคือ การแผ่รังสีของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าประกอบด้วยหน่วยอิสระที่เรียกว่า โฟตอน (Photon) หรือควอนต้า (Quanta) พลังงานแต่ละควอนต้าเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความถี่ของคลื่น

พลังงานเป็นสัดส่วนผกผันกับความยาวคลื่น คือ ความยาวคลื่นมากให้พลังงานต่ำ ซึ่งมีความสำคัญในการสำรวจข้อมูลระยะไกล เช่น ไมโครเวฟจากพื้นโลก จะยากต่อการบันทึกมากกว่าพลังงานในช่วงคลื่นสั้นกว่า ฉะนั้น การบันทึกพลังงานช่วงคลื่นยาว ต้องบันทึกพลังงานในบริเวณกว้างและใช้เวลานานพอสมควร(273 องศาเซลเซียส C) สามารถเปล่งหรือแผ่พลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าออกมาได้อย่างต่อเนื่อง ดังนั้น วัตถุพื้นผิวโลกถือว่าเป็นแหล่งพลังงานที่ขนาดและส่วนประกอบของช่วงคลื่นแตกต่างกันไป พลังงานแผ่ออกมามากน้อยขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของพื้นผิววัตถุ โดยสามารถคำนวณได้จากกฎของ Stefan-Boltzmann ดังนี้-ดวงอาทิตย์เป็นแหล่งกำเนิดพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าที่สำคัญที่สุดของการสำรวจข้อมูลระยะไกล อย่างไรก็ตาม สสารทุกชนิดที่มีอุณหภูมิชนิดที่มีอุณหภูมิสูงกว่าองศาสัมบูรณ์

พลังงานทั้งหมดที่แผ่จากวัตถุจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับอุณหภูมิสมบูรณ์กำลัง 4 ดังนั้น พลังงานที่แผ่ออกมาจะเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วเมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น โดยความจริงกฎนี้จะใช้กับเทหวัตถุสีดำ (Black Body) ซึ่งหมายถึง “วัตถุหรือมวล ๆ หนึ่งที่สามารถดูดกลืนพลังงานทั้งหมดที่กระทบและจะแผ่พลังงานในปริมาณที่มากที่สุดที่ทุก ๆ อุณหภูมิ” เทหวัตถุสีดำจึงเป็นสิ่งสมมติฐานขึ้น เพราะไม่มีสสารใด ๆ ในโลกที่มีคุณสมบัติดังกล่าว แต่มีสภาพใกล้เคียงเท่านั้น

พลังงานที่แผ่ออกมาจะแปรผันกับอุณหภูมิของวัตถุและความยาวช่วงคลื่น ซึ่งสามารถคำนวณหาพลังงานต่อหนึ่งหน่วยพื้นที่สำหรับความยาวคลื่นที่กำหนดจากกฎของ Planck

นอกจากนี้ เมื่อทราบอุณหภูมิสามารถคำนวณหาความยาวคลื่นที่ให้พลังงานสูงสุด จากกฎการแทนที่ของ Wien (Wien’s Displacement Law)

จากสมการสรุปได้ว่า อุณหภูมิของผิวพื้นโลกประมาณ 300 องศาเคลวิน °K แผ่พลังงานสูงสุดที่ความยาวคลื่นประมาณ 9.7 ไมโครเมตร การแผ่รังสีนี้มีความสัมพันธ์กับความร้อนผิวโลก จึงมักเรียกรังสีที่แผ่ออกมานี้ว่า อินฟราเรดความร้อน ซึ่งไม่สามารถมองเห็นและถ่ายภาพได้ด้วยกล้องธรรมดา ต้องใช้ Radiometer หรือ Scanner ดวงอาทิตย์มีพลังงานสูงสุดที่ความยาวคลื่นประมาณ 0.5 ไมโครเมตร ในช่วงคลื่นสีเขียวซึ่งตามนุษย์และฟิล์มถ่ายภาพสามารถรับช่วงคลื่นนี้ได้

อ้างอิงแหล่งที่มาของข้อมูล/ภาพ

http://www.gis2me.com/th/?p=793