Τηλεπισκόπηση

Ορισμός

Η τηλεπισκόπηση (Remote sensing, teledetaction, telerilevamento) ορίζεται ως η τεχνική απόκτησης πληροφοριών για αντικείμενα που βρίσκονται στη γήινη επιφάνεια, μέσα από την ανάλυση δεδομένων που συλλέγονται από ειδικά όργανα τα οποία όμως δεν έχουν φυσική επαφή με τα αντικείμενα. Έτσι, η τηλεπισκόπηση μπορεί να αποδοθεί και ως η αναγνώριση ενός αντικειμένου από απόσταση. Η τηλεπισκόπηση διαφέρει από την επιτόπια παρατήρηση ή μέτρηση στο ότι στη δεύτερη το ειδικό όργανο παρατήρησης είναι μέσα ή εφάπτεται του αντικειμένου που μετράμε ή ερευνάμε, όπως π.χ. το θερμόμετρο. Οι Lillesand και Kiefer (2000) ορίζουν την τηλεπισκόπηση ως την επιστήμη και τέχνη του να επιτυγχάνουμε πληροφόρηση για αντικείμενο, περιοχή ή φαινόμενο, από την ανάλυση δεδομένων που αποκτήθηκαν από ένα μέσο το οποίο δεν είναι σε επαφή με το αντικείμενο, την περιοχή ή το φαινόμενο που εξετάζεται.

Ηλεκτρομαγνητικό φάσμα

Η ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία (Electromagnetic radiation -EMR) είναι η βασική ποσότητα ενέργειας όπου έχει την ικανότητα να παράγει έργο, και η οποία μετράται σε joules. Η ηλεκτρομαγνητική ενέργεια εκφράζεται όπως είναι γνωστό, σαν μηχανική, χημική, ηλεκτρική και θερμική. Η μετάδοση της ενέργειας γίνεται με επαφή, μεταφορά και ακτινοβολία. Απ' αυτούς τους τρεις παράγοντες μόνο η ακτινοβολία είναι δυνατό να μεταδώσει ενέργεια από ένα σώμα σ' ένα άλλο χωρίς την παρέμβαση ενδιάμεσου φορέα και διασχίζοντας εκατομμύρια χιλιόμετρα στο κενό διάστημα. Τη μέθοδο της μεταφοράς ενέργειας με ακτινοβολία, εκμεταλλεύεται και η τηλεπισκόπηση, η οποία γίνεται από ένα σώμα προς τον δέκτη (κατάλληλο αισθητήριο όργανο) που λαμβάνει το σήμα.

Νόμοι ακτινοβολίας

Στην περίπτωση της ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας δυο μοντέλα είναι αυτά που περιγράφουν και διασαφηνίζουν τα πιο σημαντικά χαρακτηριστικά της:

Μοντέλο κύματος: Kάθε μόριο με θερμότητα πάνω από το απόλυτο μηδέν ταλαντώνεται (πάλλεται). Αυτή η ταλάντωση προκαλεί μια αναταραχή, κυματική στο ηλεκτρικό και μαγνητικό πεδίο που περιβάλλει το μόριο, το οποίο έτσι δρά ως πηγή ακτινοβολίας. Αυτά τα δυο πεδία είναι κάθετα μεταξύ τους. Το κύμα ταλάντωσης ταξιδεύει από την πηγή με σταθερή ταχύτητα, την ταχύτητα του φωτός που ισούται με 3x10⁹ m/sec και συμβολίζεται με c, όταν το μέσο διάδοσης είναι το κενό.

Το γινόμενο του μήκους κύματος (λ) μιας φωτεινής ακτινοβολίας επί την αντίστοιχη συχνότητα της (ν) είναι σταθερό και ισούται με την ταχύτητα του φωτός που είναι ε (c): λν=c

Θεωρία των κβάντα: Αυτή δίνει έμφαση στις όψεις της συμπεριφοράς της ακτινοβολίας και υποστηρίζει ότι αποτελείται από πολλά μικρά σωματίδια τα quanta φωτός τα οποία αργότερα ονομάστηκαν από τον Einstein, φωτόνια. Το γεγονός αυτό υποδηλώνει ότι εκτός από την κυματική, το φώς έχει και ιδιότητες σώματος. Η ενέργεια που φέρει ένα φωτόνιο ορίζεται ως: E/ν=h όπου h: η σταθερά του Planck= 6,625x10^-27 erg/sec ή 6,626x10^-34 J/s, ν: συχνότητα του κύματος.

Οι νόμοι που διέπουν τις πηγές ακτινοβολίας με την αντίστοιχη ΕMR που εκπέμπουν είναι οι ακόλουθοι:

Νόμος Planck: Ο νόμος αυτός μας επιτρέπει τον υπολογισμό του ποσού της EMR που ακτινοβολείται από ένα σώμα για συγκεκριμένη θερμοκρασία και μήκος κύματος.

E(T) = C₁*λ^-5*d*λ*e^C₂/λ*Τ

Νόμος Stephan-Boltzman: Aποτελεί το ολοκλήρωμα για όλα τα μήκη κύματος του νομου του Planck. Είναι σημαντικό να κατανοηθεί ότι από το νόμο των Stephan-Βoltzman συνάγεται ότι όσο υψηλότερη θερμοκρασία έχει ένα σώμα τόσο περισσότερη ακτινοβολία εκπέμπει. Το γεγονός αυτό λαμβάνεται σοβαρά υπόψη κατά το σχεδιασμό των αισθητήρων που μετρούν την EMR. Ψυχρότερα σώματα, όπως π.χ. η Γή, εκπέμπουν λιγότερη ενέργεια και κατά συνέπεια απαιτείται ή μεγαλύτερος χρόνος έκθεσης ή χρήση μεγαλύτερης στοιχειώδους επιφάνειας (εικονοστοιχείο, pixel) προκειμένου να συλλεχθούν αρκετά φωτόνια για μια αξιόπιστη μέτρηση η οποία δεν θα επηρεάζεται από το θόρυβο.

Νόμος μετατόπισης του Wein: Ο νόμος αυτός ορίζει ότι το μήκος κύματος κατά το οποίο παρατηρείται η μέγιστη εκπομπή φωτός από μια φωτεινή πηγή είναι αντιστρόφως ανάλογο της θερμοκρασίας της πηγής:

λ_m=2897/T.

Νόμος Beer-Lambert: Σύμφωνα με το νόμο αυτό (φέρεται επίσης και ως νόμος Beer-Lambert-Bouguer ή ακόμη και ως ο νόμος Βeer) η φωτεινή ενέργεια ακτινοβολίας με συγκεκριμένο μήκος κύματος που χάνεται (dI_λ) κατά τη διέλευση της από ένα υγρό είναι ανάλογη με την εισερχόμενη (Ι_λ), την πυκνότητα του υγρού (ρ) και το μήκος της διαδρομής (ds) μέσα στο υγρό:

dI_λ=Ι_λ*k_λ*ρds.

Σχετικές σελίδες

Ορισμός τηλεπισκόπησης

Ηλεκτρομαγνητικό φάσμα

Νόμοι ακτινοβολίας

Ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία - Φασματικά κανάλια