เป็นเวลากว่า 50 ปีแล้วที่มนุษยชาติใช้ดาวเทียมถ่ายภาพพื้นผิวของโลก แต่เกือบทั้งหมดเป็นภาพถ่ายในช่วงเวลากลางวัน นำมาซึ่งคำถามคือ หากเราถ่ายภาพเหล่านี้ในเวลากลางคืนเราจะมองเห็นอะไรบนพื้นผิวของโลกบ้าง

ตามปกติแล้วดาวเทียมที่ใช้ในการถ่ายภาพพื้นผิวของโลก จะเป็นดาวเทียมที่มีวงโคจรแบบตัดผ่านขั้วเหนือใต้ เพื่อให้สามารถถ่ายภาพครอบคลุมพื้นที่ส่วนใหญ่บนโลกได้ องศาวงโคจรของดาวเทียมเหล่านี้จะมีแสงแดดในช่วงที่เหมาะสมที่สุดของวันบนพื้นที่ที่ลอยผ่าน เช่น ช่วงสิบนาฬิกา หมายความว่าช่วงที่วงโคจรของดาวเทียมเหล่านี้จะอ้อมด้านหลัง จะเป็นช่วงเวลากลางคืน ซึ่งดาวเทียมถ่ายภาพโลกหลาย ๆ ดวงก็มีลักษณะวงโคจรที่เป็นเช่นนี้ และการถ่ายภาพในเวลากลางคืนก็ไม่สามารถกระทำได้เนื่องจากไม่มีแสงอาทิตย์เป็นแหล่งกำเนิดแสง

ภาพถ่ายไฟป่าในบริเวณทะเลสาบ Tahoe รัฐแคลิฟอร์เนีย จากการติดตามโดยดาวเทียม Landsat 8 ที่มา NASA

การถ่ายภาพพื้นผิวของโลกในช่วงเวลากลางคืน จะเปิดโอกาสให้เราสำรวจเหตุการณ์ที่ยากต่อการมองเห็นในช่วงเวลากลางวัน เช่น ไฟป่า หรือจุดความร้อนจากรังสีอินฟราเรด จึงนำมาสู่ความคิดที่จะนำดาวเทียมถ่ายภาพมาใช้ในการถ่ายภาพพื้นผิวของโลกในเวลากลางคืน และหนึ่งในชุดดาวเทียมที่โดดเด่นได้แก่ แลนด์แซต (Landsat) 8 และ 9

แลนด์แซตมีชุดกล้องถ่ายภาพในสองช่วงสเปกตรัมของแสง ได้แก่ ช่วงแสงที่มองเห็นได้ (visible spectral bands) และอินฟราเรด (infrared) ซึ่งประกอบด้วยเซนเซอร์อินฟราเรดคลื่นสั้น (short wave infrared หรือ SWIR) และอินฟราเรดความร้อน (thermal infrared หรือ TIR) การถ่ายภาพในช่วงแสงที่มองเห็นได้ จะไม่เกิดประโยชน์มากนักในช่วงเวลากลางคืน ทำได้อย่างมากเพียงถ่ายภาพขั้วโลกในช่วงพลบค่ำเท่านั้น ทว่าในสภาวะที่แสงน้อยเช่นนี้ เซนเซอร์อินฟราเรดความร้อนกลับทำงานได้ดีอย่างน่าประหลาดใจ เพราะสามารถดึงข้อมูลอุณหภูมิของหิมะ น้ำแข็ง และน้ำออกมาได้ แม้ดวงอาทิตย์จะอยู่ต่ำกว่าเส้นขอบฟ้าไปแล้วก็ตาม

กล้องตรวจจับอินฟราเรดคลื่นสั้นช่วยให้ดาวเทียมแลนด์แซต 8 และ 9 สามารถตรวจจับแหล่งความร้อนสูง เช่น ภูเขาไฟหรือไฟป่าที่กำลังลุกไหม้ได้ ในขณะที่เซนเซอร์อินฟราเรดความร้อน (TIRS) จะคอยวัดอุณหภูมิพื้นผิว ซึ่งครอบคลุมตั้งแต่ไกเซอร์พลังงานความร้อนใต้พิภพ (geothermal geyser) ไปจนถึงผืนน้ำแข็งที่เป็นของแข็ง

ภาพถ่ายตำแหน่งจุดความร้อนในอุทยานแห่งชาติเยลโลว์สโตนซึ่งทำการตรวจวัดด้วยกล้องอินฟราเรดจากดาวเทียม ที่มา NASA

เมื่อภาพถ่ายจากดาวเทียมถูกนำมาใช้ในการติดตามจุดความร้อนของภูเขาไฟเยลโลว์สโตน

อุทยานแห่งชาติเยลโลว์สโตน (Yellowstone National Park) คือหนึ่งในจุดที่ต้องมีการจับตามองจุดความร้อนอย่างใกล้ชิด เนื่องจากแมกมาใต้พื้นดินนั้นสร้างจุดความร้อนมากกว่า 10,000 จุด ซึ่งเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว อาจจะปรากฏขึ้นหรือหายไปได้ในระยะเวลาไม่นาน

ด้วยเหตุนี้ทางอุทยานแห่งชาติเยลโลว์สโตนจึงได้นำข้อมูลจากทั้งแลนด์แซต 8 และ 9 ที่มีความสามารถในการถ่ายภาพอินฟราเรดได้ดีกว่าดาวเทียมอื่น ๆ ในวงโคจรมาใช้ติดตามจุดความร้อน ซึ่งมีความละเอียดของภาพถ่ายอยู่ที่ 100 เมตรต่อพิกเซล เพื่อให้เปรียบเทียบจุดความร้อนได้ดีที่สุด ทางนักวิทยาศาสตร์จะเลือกช่วงเวลาในการเก็บข้อมูลเป็นช่วงฤดูหนาวเนื่องจากความแตกต่างของอุณหภูมิในตำแหน่งต่าง ๆ ส่งผลดีต่อการสังเกต ข้อมูลภาพถ่ายดาวเทียมและอินฟราเรดส่งผลให้มีการค้นพบจุดความร้อนแห่งใหม่ที่ไม่เคยเจอมาก่อนภายในอุทยานแห่งชาติเยลโลว์สโตนด้วย

ภาพโลกยามค่ำคืน จากการเก็บภาพของดาวเทียม Suomi-NPP ที่มา NASA.webp

ประโยชน์ในด้านอื่นของภาพถ่ายในเวลากลางคืน

หน่วยงานอื่น ๆ ของสหรัฐฯ ยังได้บูรณาการข้อมูลภาพถ่ายจากดาวเทียมแลนด์แซต 8 และ 9 ในเวลากลางคืนมาใช้วางแผนภารกิจดับไฟป่าด้วย ข้อมูลในช่วงเวลากลางคืนนั้นสำคัญมากเพราะจะช่วยให้เจ้าหน้าที่เห็นทิศทางการเคลื่อนตัวของแนวไฟป่าที่แท้จริง และส่งผลโดยตรงต่อความปลอดภัยของนักผจญเพลิง ประชาชน ระบบโครงสร้างพื้นฐาน และระบบนิเวศ

นอกจากนี้ยังมีโครงการขยายการเก็บข้อมูลบริเวณขั้วโลกด้วยแลนด์แซต (Landsat Extended Acquisition of the Poles หรือ LEAP) สำหรับศึกษาธารน้ำแข็งและหิ้งน้ำแข็งผ่านการเก็บข้อมูลตลอดทั้งปี แม้ในช่วงฤดูหนาวที่ขั้วโลกมืดสนิท แต่เนื่องจากหิมะและน้ำแข็งมีค่าการสะท้อนแสงมาก (reflectivity) เมื่อนำมาประกอบกับการตรวจวัดรังสีความร้อน นักวิทยาศาสตร์จึงติดตามการแตกตัวของน้ำแข็งและการไหลเวียนของกระแสน้ำอุ่นใต้หิ้งน้ำแข็งได้อย่างต่อเนื่อง

อาจมีคำถามตามมาว่า ดาวเทียมดวงอื่นถ่ายภาพกลางคืนเหมือนอย่างแลนด์แซต 8 และ 9 ได้หรือไม่ อันที่จริงมีดาวเทียมหลายดวงที่สามารถถ่ายภาพพื้นผิวโลกในเวลากลางคืนได้ เช่นโมดิส (MODIS) และเซนทิเนล-3 (Sentinel-3) แต่เซนเซอร์ตรวจจับความร้อนมีความละเอียดอยู่ที่ประมาณหนึ่งกิโลเมตรต่อพิกเซล ซึ่งออกแบบมาเพื่อการสแกนพื้นที่กว้าง (wide swath) และมีความถี่สูงกว่าในการเก็บข้อมูล (high temporal resolution) ซึ่งแตกต่างจากดาวเทียมแลนด์แซต 8 และ 9 ที่ให้ภาพที่ละเอียดกว่า จึงนำมาใช้ประโยชน์ได้มากกว่า ไม่ว่าจะเป็นตำแหน่งของแหล่งความร้อนทางธรณีวิทยา ลักษณะโครงสร้างของปล่องภูเขาไฟ หรือแนวไฟป่าที่เพิ่งเริ่มปะทุ ซึ่งเป็นสิ่งที่ดาวเทียมดวงอื่นทำไม่ได้

ส่วนภาพถ่ายโลกในเวลากลางคืนก็อาจมาจากภาพถ่ายจากดาวเทียมด้วยเช่นกัน ชุดภาพถ่ายโลกทั้งใบ Earth at Night ของนาซาที่เราได้เห็นเมืองต่าง ๆ เปิดไฟอย่างพร้อมเพรียง ได้มาจากดาวเทียมความร่วมมือระบบโคจรขั้วโลกแห่งชาติซูโอมิ (Suomi National Polar-orbiting Partnership หรือ Suomi-NPP) ที่มีชุดเครื่องมือถ่ายภาพด้วยรังสีช่วงคลื่นแสงที่มองเห็นและอินฟราเรด (Visible Infrared Imaging Radiometer Suite หรือ VIIRS) คอยภาพถ่ายของโลกในเวลากลางคืน ทำให้เราสามารถเห็นและติดตามการขยายตัวของตัวเมืองได้อีกด้วย

การใช้ประโยชน์จากดาวเทียมในการถ่ายภาพในเวลากลางคืน ไม่เพียงแต่เป็นการใช้เครื่องมือให้เต็มขีดความสามารถทางวิศวกรรม แต่ยังเป็นการเติมเต็ม "คลังข้อมูลระยะยาว" (long-term archive) ที่ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เห็นความเปลี่ยนแปลงของโลกในมิติของเวลาที่กว้างขึ้น การส่งข้อมูลยามค่ำคืนยังมีข้อได้เปรียบด้านปริมาณข้อมูล (data volume) ที่น้อยกว่าช่วงกลางวัน ทำให้การส่งสัญญาณกลับมายังสถานีภาคพื้นดินทั่วโลกทำได้อย่างมีประสิทธิภาพ

การบูรณาการข้อมูลความละเอียดสูงเหล่านี้จึงเป็นกุญแจสำคัญในการขับเคลื่อนพันธกิจทางวิทยาศาสตร์และการสร้างประโยชน์ต่อสังคมอย่างยั่งยืน ผ่านการทำความเข้าใจพลวัตของโลกไม่ว่าจะเป็นช่วงเวลากลางวัน หรือกลางคืน ก็ล้วนเป็นสิ่งที่มีประโยชน์และเติมเต็มให้ความเข้าใจที่เรามีต่อโลกนั้นสมบูรณ์ยิ่งขึ้น

อัปเดตข้อมูลแวดวงวิทยาศาสตร์ เทคโนโลยี รู้ทันโลกไอที และโซเชียลฯ ในรูปแบบ Audio จาก AI เสียงผู้ประกาศของไทยพีบีเอส ได้ที่ Thai PBS

ที่มาข้อมูล : NASA, NASA

“รอบรู้ ดูกระแส ก้าวทันโลก” ไปกับ Thai PBS Sci & Tech

สรุปประเด็นให้โดย Generative AI

เมื่อดาวเทียมถ่ายภาพโลกตอนกลางคืน สร้างองค์ความรู้ใหม่ที่ไม่ได้จากกลางวัน