Ugrás a tartalomhoz

Fotointerpretáció és távérzékelés 1., A távérzékelés fizikai alapjai

Verőné Wojtaszek Malgorzata (2010)

Nyugat-magyarországi Egyetem

1.4 A távérzékelésben használt energiaforrások

1.4 A távérzékelésben használt energiaforrások

A távérzékelésben használt alapvető energiaforrás a Nap, bár minden anyag bocsát ki elektromágneses energiát az abszolút nulla fok fölötti hőmérsékleten (0°K vagy –273°C). Így a földfelszín és a felszíni tárgyak is energiaforrások. Azonban az általuk kibocsátott energia nagyságrendben és spektrális felépítésben is eltér a Nap energiájától (1-4. ábra). A kibocsátott energia a tárgy felszínének hőmérsékletétől függ. A kibocsátott energia és a tárgy felszíni hőmérsékletének összefüggését a Stefan-Boltzmann-féle törvény fejezi ki.

M - a test sugárzási teljesítménye Wm-2, σ - Stefan-Boltzmann állandó,

5,6697 ∗ 10-8 Wm-3K-4, T - a kibocsátó anyag abszolút hőmérséklete, K°

A törvény értelmében a teljes kibocsátott energia a kibocsátó tárgy hőmérsékletének negyedik hatványával arányos, ezért a hőmérséklet emelkedésével gyors ütemben növekszik. A Stefan-Boltzmann-féle törvény az ideális fekete testre vonatkozik. Ideális fekete testnek nevezzünk az olyan minden objektumot, amely a ráeső sugárzást teljes egészében elnyeli és az elnyelt energiát teljes egészében kisugározza. A tárgyak csak megközelítik ezt az ideális állapotot. Az 1-4. ábra bemutatja a 200 és 6000°K hőmérséklet közötti fekete testek által kibocsátott energia eloszlási görbéjét.

1-4. ábra Különböző hőmérsékletű fekete testek kisugárzási energia eloszlásai. Forrás: Domokos Gy-né, 1984.

A függőleges tengely 1 μm-es spektrális egységre fejezi ki a fekete test sugárzási energiáját. Látható, hogy a tárgy hőmérséklet változásával nem csak az energia mennyisége, de az energia spektrális eloszlása is változik. Minél nagyobb a sugárforrás hőmérséklete, annál kisebb hullámhosszon éri el a kibocsátási maximumot. A sugárzási maximum a tárgy hőmérsékletének növekedésével a rövidebb hullámok felé tolódik el, vagyis a maximális spektrális sugárzáshoz tartozó hullámhossz fordítottan arányos a kibocsátó tárgy hőmérsékletével. Ezt a jelenséget könnyű megfigyelni, ha egy fémdarabot melegítünk. Amint a tárgy melegszik a színe lassan átvált a rövid hullámhossznak megfelelően sötét vörössé, majd naranccsá végül sárga színűvé.

A Nap, mint sugárforrás legjobban egy 6000°K hőmérsékletű fekete testhez hasonlít. A földfelszín anyagainak átlagos hőmérséklete 300°K (27°C) és a 10 μm-es hullámhosszon bocsátja ki a maximális energiát (1-5. ábra). A kibocsátott energia az objektum hőmérsékletének és emissziós tulajdonságainak a függvénye. Mivel az emberi szem a látható tartományra érzékeny, így ez a sugárzás szemünk által nem érzékelhető, valamint fényképeken nem rögzíthető. Ehhez speciális eszközökre van szükség, melyek képesek a hosszúhullámú energia észlelésre, az u. n. radiométerekre. A 3 μm-es hullámhossz az általánosan elfogadott határvonal a visszavert és a kibocsátott infravörös energia között. A 3 μm-nél rövidebb hullámhosszú a visszavert energia, e fölött a kibocsátott energia az uralkodó.

A Föld megfigyeléséhez természetes és mesterséges energiaforrások használhatók. A természetes elektromágneses sugárzás forrása elsősorban a Nap. A Napból eredő energia mennyisége a különböző hullámhosszokon eltérő (1-5. ábra). A legnagyobb energia fluxus 0,6 μm-es érték körül (a látható tartományban) tapasztalható, mely a hullámhossz növekedésével erősen csökken - a közeli infravörös tartományban egyharmadára és a közepes infravörösben pedig 10-12 %-ra.

1-5. ábra A Nap és a Föld sugárzásának energia eloszlása a különböző hullámhosszokon.

Az olyan rendszereket, amelyeknél a felvétel a Napból jövő és a felszín által visszavert (reflektált), vagy a földfelszíni objektumok saját maguk által kibocsátott (emittált) sugárzásának mérésén alapul, passzív távérzékelési rendszereknek nevezzük.

Abban az esetben, ha a felvevő berendezés saját energiaforrással rendelkezik (pl. radar) - így sugárforrás és érzékelő egyaránt - aktív távérzékelési rendszerekről beszélünk.