‮الضوءُ المرئي والطيفُ الكهرومغناطيسي والأقمارُ الصناعية ‭

سنقدِّمُ لك هذا الأسبوع الصورَ مُتعدِّدة الأطياف. سنستكشِفُ كيف يمكن للأقمار الصناعية رؤية الأشياء باِستخدامِ الضوء غير المرئي للعينِ البشرية وكيف يمكننا عرض هذه البيانات مرئياً بألوان يمكننا رؤيتها ، ولماذا يكون هذا الأمر مفيداً لِعُلماء الآثار . ستعملُ مع عددٍ من المصادر المُختلِفة لِصور الأقمار الصناعية وعرضِها مرئياً في .QGIS

_{صورة قمر صناعي مُتعدِّدة الأطياف للتوسُّع الحضري في دبي . صورة Sentinel-2 (12/8A/4) بترخيصٍ من وكالة الفضاء الأوروبية .}

أولاً، دعونا نستعرِضُ مقدمةً عن الضوء المرئي وكيف يرى البشر اللون .

ضوءٌ مرئي

يمكنُ للبشرِ رؤيةُ مجموعةً كبيرة من الألوان (فكِّر في قوس قزح) على طول الطريق من الأحمر إلى البرتقالي والأصفر والأخضر والأزرق إلى البنفسجي. هذا الترتيب ليس تعسُّفيًا بل هو يتعلّقُ بالخصائص الفيزيائية للضوء نفسه. ينتقِلُ الضوء كموجةٍ وتُحدِّدُ المسافةُ بين قِمم وأسفل الموجة كيف نُدرِك لونها . كما أنّ المسافات التي نتحدّث عنها هنا صغيرة جدًا بالفعل ، إّذ يبلُغُ طولُ موجةَ الضوء الأحمر حوالي 660 نانومتر (660 مليار متر) والأخضر حوالي 550 نانومتر والبنفسجي 400 نانومتر .

_{يتكونُ الضوء الأبيض من الضوء من جميع الألوان ويتُّمُ تحديدُ لون الضوء من خلال طوله الموجي . صورة من الملكية العامة .}

تكونُ الطريقةُ التي نرى بها الضوء مُشابِهة لكيفية عمل الكاميرا الرقمية . لدينا خلايا مخروطية خاصة في مؤخرة أعيننا حساسة للضوء . لدينا ثلاثة أنواع مُختلفة من المخاريط كل منها حسّاس لأطوال موجية مُختلِفة – أطوال موجية أقصر (بنفسجي وأزرق) وأطوال موجية متوسطة (أخضر وأصفر) وأطوال موجية أطول (برتقالي وأحمر). يقوم دماغنا بمعالجة الإشارة من هذه الخلايا الثلاث المُختلفة وتحويلِها إلى الصورة المُلونة التي نراها .

لدينا أيضًا خلايا قضيبية لا تكتشِفْ اللون ولكنها أكثر حسّاسية في ظروفِ الإضاءة المُنخفِضة لذلك تَرى بالأبيض والأسود وبشكلٍ فعالٍ عندما يكون الجو داكنًا ولكن ليس مظلمًا جدًا بحيث لا يمكن رؤيته .

ترى الحيواناتُ الأخرى الضوءَ بشكل ٍ مُختلفٍ . تمتلكُ الكلاب نوعين فقط من الخلايا المخروطية، لذا يمكنها تمييز ألوان أقل ، في حين أن بعض الحشرات والطيور حسّاسة للأشعة فوق البنفسجية مما يعني أنها تستطيعُ رؤيةَ أشياء غير مرئية لنا .

_{نظرةُ عين الكلب. يمكنُ أن تميّز الكلاب النابية (على الجهة اليسرى) ألوانًا أقل من البشر (على الجهة اليُمنى). صورة من الملكية العامة .}

تكتشِفُ معظم أقمار التصوير الصناعية الضوءَ عبر نطاقٍ أكبر من الأطوالِ الموجِية مما تستطيع العين البشرية تسجيلَه. ونحتاجُ إلى القليلِ من الخلفِية حول بقية الطيف الكهرومغناطيسي لفهمِ هذا الأمر بشكلٍ أفضل .

الطيفُ الكهرومغناطيسي

يشغلُ الضوء المرئي للبشر جزءًا صغيرًا فقط من الطيف الكهرومغناطيسي. يأتي الضوء الآخر بأطوالٍ موجية أقصر (ماوراء البنفسجي) وأطول (حمراء سابقة) لا يمكننا رؤيتها . الإشعاعُ الكهرومغناطيسي هو المصطَلحُ الأكثرُ دِقةٌ المُستخدَم لوصفِ هذه الأطوال الموجية غير المرئية . يقعُ الضوء المرئي بالقُربِ من مُنتصَف الطيف الكهرومغناطيسي. وتبعثُ الشمس والنجوم الأخرى إشعاعاً عبر الطيف بأكملهِ وليس فقط الضوء المرئي الذي يُمكِننا اِكتشافَه .

_{الطيفُ الكهرومغناطيسي. بترخيصٍ من وكالةِ ناسا .}

يوجدُ هناك ماوراء البنفسجي والذي هو أطوال موجية أقصر الأشعةَ فوق البنفسجية . هذا هو الضوء الذي يسمِّرُ ويُمكِنُ أن يحرق بشرتنا . تُوجدُ حتى الأطوال الموجية الأقصر مثل الأشعة السينية والتي تُستخدَم للتصوير الطبي والتطبيقات المماثلة الأخرى. أخيرًا ، هناك أشعة جاما التي يمكن اِستِخدامها لتعقيمِ المُعدات الطبية أو الحفاظ على الطعام طازجًا عن طريق قتل البكتيريا. يمكن لأشعة جاما والأشعة السينية والأطوال الموجية الأقصر للأشعة فوق البنفسجية إتلافَ الخلايا الحيّة والتسبُّب بالإصابةِ بِالسرطانات لأنه يتُّمُ مع مثل هذا الطول الموجي القصير تعبِئةَ الكثير من الطاقة في مساحة صغيرة بالفعلِ .

_{الأشعة السينية هي إشعاعٌ قصيرُ الطول الموجي يمكنُ اِستِخدامه للتصوير الطبي ، إذ يمكِنُ للأنسجة الكثيفة مثل العظام اِمتصاصَها بشكلٍ أفضل من الأنسجة الأخرى الأقل كثافة مثل العضلات. ونظرًا لأنها عالية الطاقة فإنّه يُمكنُ أن يؤدي الإشعاع بالأشعة السينية إلى إتلافِ الأنسجة أو التسبُّب في الإصابة بالسرطان بجرعات عالية . صورةٌ من الملكية العامة .}

يُوجدُ في الطرف الآخر إشعاعٌ بالأشعة تحت الحمراء بعد اللون الأحمر (أطوال موجية أطول) والذي غالبًا ما يُستخدَمُ في الكاميرات الخاصة أو موازين الحرارة الرقمية لقياس الحرارة . تُوجدُ بالإضافة إلى الأشعة تحت الحمراء موجاتُ ميكروويف مُستَخدمة من بين أشياء أخرى في أفران الميكروويف والرادار. ثم أخيرًا هناك موجات الراديو المُستَخدمة لِجميعِ أنواع الاِتصالات إذ أنك عندما تقوم بضبط الراديو للتنقُّلِ بين المحطات فأنتَ في الواقع تُغيِّرُ الطول الموجي الذي يكتشفه.

_{تستخدِمُ أجهزة الراديو والواي فاي والبلوتوث موجاتَ الراديو لبثِ و/أو اِستقبال البيانات . صورة من الملكية العامة .}

الأقمارُ الصناعية والضوء غير المرئي

يمكنُ تركيبُ الأجهزة على الأقمار الصناعية لاِكتشافِ جميع أجزاء الطيف الكهرومغناطيسي مما يسمحُ لنا بجمع البيانات التي تُغطي مجموعةً واسعةً من الأطوال الموجية . ومع ذلك ، بالنسبة لأقمار التصوير الصناعية المُستخدَمة لرؤية الأرض والتي هي على عكس الأقمار الصناعية الفلكية التي تنظرُ إلى الخارج في الفضاء فإنّه ليس من المفيد جداً النظر عبر الطيف بأكملهِ .

تمتصُّ الغازاتُ الموجودة في الغلاف الجوي للأرض جميعَ أشعة جاما تقريبًا والأشعة السينية وأطوال موجات الأشعة فوق البنفسجية الأقصر التي تشعّها الشمس باِتجاه الأرض . هذا جيد للحياة على الأرض لأنه يمنعنا من التحمُّر بسبب هذا الإشعاع عالي الطاقة. كما يُمكن للضوء المرئي أن يمر عبر الغلاف الجوي على الرغم من بعض التشويه. يمتصُّ الغلاف الجوي أيضًا الكثير من الأشعة تحت الحمراء ويُمكنُ أن تمر موجات الراديو قصيرة ومتوسطة الطول عبر الغلاف الجوي دون أي تشويه ولكن يتُّمُ حظر الأطوال الموجية الطويلة .

_{يرصِدُ الغلاف الجوي أطوالاً موجيةً مختلفة بدرجاتٍ مختلفة كالضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء القصيرة والمتوسطة ويمكن أن تمُّر معظم موجات الراديو بسهولةٍ أكبر . اِستِناداً إلى صورةٍ مُقدّمةٍ من وكالة ناسا .}

نظرًا لمنعِ أجزاء كثيرة من الطيف من المرور عبر الغلاف الجوي فلا فائدة من محاولة ملاحظة ذلك . لن ترى أي شيء ، نحن بحاجة إلى تركيز جهودنا على تلك الأجزاء من الطيف التي يمكن أن تمر عبر الغلاف الجوي للأرض مثل الضوء المرئي وأجزاء من الأشعة تحت الحمراء وموجات الراديو القصيرة والمتوسطة الطول .

سننظرُ في الخطوة التالية إلى الصور مُتعددة الأطياف والتي تَستخدِمُ الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء ، وسنكتشِفُ في الأسبوع الرابع (4) كيف يمكننا اِستخدامَ الرادار الذي يَستخدِمُ موجات الراديو لِدراسة سطح الأرض .

_{أنواعٌ مُختلفةٌ من صور الأقمار الصناعية وأطوال الموجات التي تستخدمها. اِستِناداً إلى صورة مُقدّمة من وكالة ناسا .}