Hva ser satellitten?

Et lite stykke Norge i mange farger forklarer deg hva en miljøsatellitt kan se, og hvordan.

Publisert

Jostedalsbreen, sett fra 785 kilometers høyde. Miljøsatellitten Sentinel-2A skanner over dal, fjell og vidde i mange fargebånd.

Sentinel-2A ble skutt opp sommeren 2015. Den ser skarpere og i flere fargebånd en forgjengerne.

Hvert fargebånd forteller sin historie. Sammen forteller de enda mer. Hva forteller de, og hvordan?

Her ser du først hvilke muligheter forskerne har. De kan kombinere fargebånd i naturlige og kunstige farger for å framheve vegetasjon, jord, snø, is og vann.

Bla i bildealbumet og reis i norgesgeografien med Sentinel-2A – i mange farger!

[gallery:1]

Skannerblikk, ikke fotoklikk

Sentinel-2A tar bilder med noe som ligner på en bordskanner. Her er ingen vanlig bildebrikke, som i et fotoapparat. Isteden er  bildebrikken delt inn i rader, eller linjer.

En bordskanner har én slik bilderad eller bildelinje. Skannerhodet beveger seg over arket, og skanneren bygger opp bildet, linje for linje. På samme måte beveger satellitten seg over bakken, og bildet bygges opp linje for linje.

Bildebrikken i satellitten består altså av flere slike linjer ved siden av hverandre. Hver linje er følsom for hver sine farger. En rad er følsom for blått, den neste for gulgrønt, en for rødt og så videre.

Satellitten skanner ulike farger etter hverandre, linje for linje. Flyet, som beveget seg på rullebanen, flyttet seg litt fra farge til farge . Derfor er det dradd ut i en regnbue. (Foto: Sentinel-2A, Copernicus, ESA/Andreas Kääb, Universitetet i Oslo)
Satellitten skanner ulike farger etter hverandre, linje for linje. Flyet, som beveget seg på rullebanen, flyttet seg litt fra farge til farge . Derfor er det dradd ut i en regnbue. (Foto: Sentinel-2A, Copernicus, ESA/Andreas Kääb, Universitetet i Oslo)

Dette kan du se når fargene slås sammen til et fargebilde, som her fra rullebanen på Gardermoen. Et passasjerfly er i fart. Det har beveget seg noen meter mellom rød, gulgrønn og blå skanning.

Det blir omtrent som hvis en flue hadde gått over arket under bordskanneren. Derfor er flyet strukket ut i en regnbue.

Sentinel-2A har to kameraer om bord. Det ene kameraet tar seg av linjene i synlige farger, fra blåfiolett gjennom gulgrønt og rødt, grovt regnet. Det andre kameraet tar linjene i fargene som er bortenfor rødt i regnbuen, de infrarøde strålene.

Til sammen ser de to kameraene tolv forskjellige fargeområder eller frekvensbånd, altså bånd 1 til 12. Klikk på dem i grafikken øverst, og se hvordan bildet endrer seg!

Hvordan bruker forskerne disse fargebåndene og hva kan de finne ut om det som er på bakken? Det korte svaret er: De kan se døde og levende planter, is og snø, jord og skog, mineraler og stein, vann og luftfuktighet.

På den grønne gren – nær den røde kanten

Hvorfor er blader grønne? Det er på grunn av klorofyll – stoffet som omdanner sollys til sukker – energi for planten. Klorofyllet er kresent på farger. Det vil ha farger med mye energi.

Synlig lys, og særlig det blå, har mye piff. Jo lenger ned mot det røde du kommer, desto mindre energi har lyset.

Klorofyllet suger begjærlig i seg det synlige lyset, særlig det blå. Det grønne og det gule smaker ikke så godt. Derfor sender klorofyllet mer av det lyset tilbake. Det reflekteres av bladene og vi kan se det. Plantene ser grønngule ut.

Bortenfor det røde lyset, inn i det infrarøde, skjer det dramatiske saker. Der nærmer vi oss det som forskerne kaller den røde kanten. Her spytter plantene ut mye mer av lyset. Derfor ser planter nesten hvite ut i infrarødt lys.

Livet på den røde kanten: Til venstre er dalstrøka mørke, sett i gulgrønt lys (bånd 3).Her suger klorofyllet i plantene opp mye av lyset. Til høyre er dalstrøka lyse, fordi vi har kommet over den røde kanten til infrarødt lys (bånd 8). Her har lyset lite energi, og klorofyllet spytter det ut igjen, slik at vi kan se det. Blader ser nesten hvite ut i infrarødt, på den andre siden av den røde kanten. Prøv det samme i grafikken øverst! (Foto: Sentinel-2A, Copernicus, ESA/Andreas Kääb, Universitetet i Oslo/Fra multimedia av Arnfinn Christensen, forskning.no)
Livet på den røde kanten: Til venstre er dalstrøka mørke, sett i gulgrønt lys (bånd 3).Her suger klorofyllet i plantene opp mye av lyset. Til høyre er dalstrøka lyse, fordi vi har kommet over den røde kanten til infrarødt lys (bånd 8). Her har lyset lite energi, og klorofyllet spytter det ut igjen, slik at vi kan se det. Blader ser nesten hvite ut i infrarødt, på den andre siden av den røde kanten. Prøv det samme i grafikken øverst! (Foto: Sentinel-2A, Copernicus, ESA/Andreas Kääb, Universitetet i Oslo/Fra multimedia av Arnfinn Christensen, forskning.no)

Prøv å klikke først på bånd 3, så på bånd 8 i grafikken i toppen! Da ser du hvordan dalstrøkene med planter og klorofyll lysner kraftig i infrarødt.

Se også den grønne linja! Jo høyere den stiger, desto mer lys sender plantene fra seg igjen. Du ser tydelig den røde kanten i overgangen mellom rødt og infrarødt.

Denne store forskjellen mellom synlig lys og infrarødt bruker forskerne til å bestemme hvor mye vegetasjon det er i et område. Med Sentinel-2 har de tre frekvensbånd (4,5 og 6) i synlig lys nær den røde kanten.

Tidligere satellitter hadde bare ett, i det røde lyset. Dermed kan forskerne få et bedre bilde av vegetasjonen. De kan blant annet lettere se om den er frisk eller skranter. Det er for eksempel nyttig for landbruk og skogbruk.

Forskerne kan kombinere bilder fra flere frekvensbånd for å se forskjellene i vegetasjon tydeligere. Her er et område nær Flisa ved Glomma skannet i synlig lys (venstre) og i infrarødt lys (midten). Til høyre er de to bildene kombinert. Det brune området nedenfor midten av bildet er et torvuttak. (Foto: Sentinel-2A, Copernicus, ESA/Andreas Kääb, Universitetet i Oslo)
Forskerne kan kombinere bilder fra flere frekvensbånd for å se forskjellene i vegetasjon tydeligere. Her er et område nær Flisa ved Glomma skannet i synlig lys (venstre) og i infrarødt lys (midten). Til høyre er de to bildene kombinert. Det brune området nedenfor midten av bildet er et torvuttak. (Foto: Sentinel-2A, Copernicus, ESA/Andreas Kääb, Universitetet i Oslo)

Også på havet kan det være klorofyll – i alger. Derfor kan metoden også brukes til å holde øye med algevekst. Den skyldes ofte forurensning.

Svart snø og is

Bånd 11 er spesielt nyttig for breforskere. Prøv å klikke på bånd 11 i grafikken i toppen! Her står snø og is fram – i svart. Hvorfor er det svart?

Bånd 11 er infrarøde lysbølger. De er lenger enn lysbølger av synlig lys. Snø og is inneholder ørsmå mengder vann. Vannmolekyler suger til seg de infrarøde lysbølgene. Energien i disse bølgene blir brukt opp til å sette vannmolekylene i vibrasjoner.

Forskerne kan følge med på hvordan snø og is dannes og smelter ved å sammenligne bilder fra forskjellige tider. Sentinel-satellittene vil gi mange flere slike oppdateringer.

I synlig lys (til venstre, bånd 3) er snøen lys. I mikrobølget infrarød stråling suger krystaller og vann i is og snø til seg strålene, slik at isen og snøen framstår mørk. (Foto: Sentinel-2A, Copernicus, ESA/Andreas Kääb, Universitetet i Oslo)
I synlig lys (til venstre, bånd 3) er snøen lys. I mikrobølget infrarød stråling suger krystaller og vann i is og snø til seg strålene, slik at isen og snøen framstår mørk. (Foto: Sentinel-2A, Copernicus, ESA/Andreas Kääb, Universitetet i Oslo)

I slutten av 2016 får nemlig Sentinel-2A selskap av søstersatellitten Sentinel-2B. Begge satellittene går fra pol til pol.

Det betyr at når jorda dreier under dem, sveiper de over nye deler av jorda for hvert omløp. Etter fem døgn er hele jordkloden dekket minst en gang.

Forskerne kan også sammenligne bånd 11 med båndene i synlig lys. I disse fargeområdene har nemlig ny snø og gammel snø, skitten og ren breis og vann forskjellig refleksjonsevne.

Ny snø ser lysere ut en gammel snø, ren is ser lysere ut enn skitten is. Sammenlign kurvene i grafikken i toppen!

Jord og skog

Bar jord lyser opp i bånd 2, den blå enden av regnbuespekteret. Vannet i jorda vil suge opp infrarødt lys, slik at fuktig jord ser mørkere ut her enn tørr jord.

Fargen på selve jordsmonnet varierer også. I nord er den svart, i land mot sør er den oftere rød.

Finkornet jord ser lysere ut enn jord av større partikler, for eksempel sandjord. Det kommer av at de større partiklene kaster mer skygge.

Her er infrarødt og synlig lys gitt farger som framhever bar jord og bygninger. Lutvann i Østmarka er midt i bildet. Den røde flekken til høyre ned for Lutvann er et snauhogd område med bar jord rundt Haukåsen radarstasjon. (Foto: Sentinel-2A, Copernicus, ESA/Andreas Kääb, Universitetet i Oslo)
Her er infrarødt og synlig lys gitt farger som framhever bar jord og bygninger. Lutvann i Østmarka er midt i bildet. Den røde flekken til høyre ned for Lutvann er et snauhogd område med bar jord rundt Haukåsen radarstasjon. (Foto: Sentinel-2A, Copernicus, ESA/Andreas Kääb, Universitetet i Oslo)

Bånd 11 er spesielt nyttig for skogforskere. Dette er infrarøde lysbølger, nedenfor de synlige røde bølgene i regnbuespekteret.

I bånd 11 lyser lignin og stivelse opp. Dette er stoffer som finnes i stammer, grener og kvister på trær.

Mineraler og stein

Bånd 11 og 12 er spesielt nyttige for å skille mellom forskjellige bergarter og stein. Det finnes likevel andre satellitter enn Sentinel som er bedre egnet til dette fordi de har flere bånd i det kortbølgende infrarøde området. Sentinel er først og fremst laget for å overvåke miljøet.

Vann

Vann reflekterer noe lys i de synlige fargene, altså båndene 1 til 7. Nedover i det infrarøde området suger vannet til seg lyset, slik som for is og snø.

Se for eksempel i bånd 11 i grafikken i toppen! Vannet helt til høyre i bildet ser helt svart ut i bånd 11, men i bånd 3 kan du skimte det i mørkt grått.

Stille vann ser mørkere ut enn opprørt vann. Gjørmete vann ser lysere ut enn klart vann.

Forurensingen i vann gir ofte algevekst. Alger inneholder klorofyll. Dermed kan det oppdages på samme måte som vegetasjon på landjorda, altså med bånd 4,5 og 6 nær den røde kanten.

Vannet i fjorden til høyre er full av avleiringspartikler, sedimenter, fra snøsmeltingen. Bildet fra Lyngen i Troms er tatt i synlig lys. (Foto: Sentinel-2A, Copernicus, ESA/Andreas Kääb, Universitetet i Oslo)
Vannet i fjorden til høyre er full av avleiringspartikler, sedimenter, fra snøsmeltingen. Bildet fra Lyngen i Troms er tatt i synlig lys. (Foto: Sentinel-2A, Copernicus, ESA/Andreas Kääb, Universitetet i Oslo)

Luftfuktighet

Vanndamp i lufta kan lage problemer for satellitten. Hvis vanndampen blir til et tett skydekke, kan selvsagt ikke satellitten ta bilder av bakken.

Men også tynne, nesten usynlige skyer kan påvirke bildene. Slike høye, tynne fjærskyer lyser opp i bånd 10, infrarødt lys. Dermed kan forskerne korrigere for disse skyene også i de andre fargebåndene.

To av båndene som brukes til å kartlegge lysspredning i atmosfæren som kan forstyrre bildet. Til venstre: Bånd 1 i blåfiolett lys, der små støvkorn og luftmolekyler sprer det lyset. Til høyre: Bånd 10, der tynne og høye fjærskyer (cirrus) sprer lyset og er lett synlige. (Foto: Sentinel-2A, Copernicus, ESA/Andreas Kääb, Universitetet i Oslo)
To av båndene som brukes til å kartlegge lysspredning i atmosfæren som kan forstyrre bildet. Til venstre: Bånd 1 i blåfiolett lys, der små støvkorn og luftmolekyler sprer det lyset. Til høyre: Bånd 10, der tynne og høye fjærskyer (cirrus) sprer lyset og er lett synlige. (Foto: Sentinel-2A, Copernicus, ESA/Andreas Kääb, Universitetet i Oslo)

I atmosfæren er det også små, svevende partikler, aerosoler. Noen av dem skyldes forurensing, andre har alltid vært i atmosfæren.

De største aerosolene skyldes ofte forurensning. De sprer lys i alle farger, slik at mindre kommer opp til satellitten.

De minste aerosolene og gassmolekylene i lufta selv sprer det blå sollyset mest. Derfor blir himmelen blå og lager blå dis over fjerne åser.

Rødt og infrarødt lys spres mindre fordi bølgene er så lange at de smyger seg rundt de små aerosolpartiklene og luftmolekylene.

Sentinel er ikke spesielt laget for å overvåke luftforurensning. Andre satellitter tar seg av det. Likevel er det viktig å kartlegge virkningene av lufta for å se hvor mye lyset spres.

Flere bånd brukes for å kartlegge slike forstyrrelser og korrigere for dem, bånd 1, 2, 5, 6, 8 og 9.

Lenker:

Sentinel-2, ESAs nettsted med lenker til bilder man selv kan laste ned