Dataverwerving
Het elektromagnetisch spectrum
…voorbij de regenboog
Elk voorwerp straalt elektromagnetische energie uit door de beweging van geladen deeltjes die in alle materie aanwezig zijn. Voorwerpen stralen deze energie uit, maar kunnen ze ook doorgeven, absorberen of weerkaatsen. De zon is één van de voornaamste natuurlijke bronnen van elektromagnetische energie, maar er bestaan ook talrijke kunstmatige bronnen zoals elektrische lampen, microgolfovens, GSM's, enz.
De elektromagnetische straling bestaat uit een waaier van golven, elk bepaald door zijn frequentie (ν) of golflengte (λ), die met elkaar in verband staan (ν = v/λ, waarbij v de voortplantingssnelheid is van de golven in het bestudeerde milieu).
Het elektromagnetische spectrum van de zon omvat straling met zeer korte golflengten, zoals gammastralen en X-stralen (grootteorde: 1/100 micron), of met zeer lange golflengten, zoals de radiogolven (tot kilometers).
Van het elektromagnetische spectrum is voor ons in het bijzonder het deel belangrijk dat overeenkomt met golflengten van 0,4 mm tot 0,7 mm (= zichtbaar licht). In dit frequentie-interval komt elk van de kleuren van de regenboog overeen met een bepaalde golflengte (blauw: ± 0,45 mm, groen ± 0,55 mm, rood ±0,65 mm).
Transmissie kan de eigenschappen van elektromagnetische straling veranderen. Zo schermt bijvoorbeeld de aardatmosfeer (met name in de ozonlaag) een deel van de voor de mens uiterst schadelijke zonnestraling af. De eigenschappen van straling ondergaan soms een gedeeltelijke wijziging gedurende de transmissie: de oppervlaktelagen van de oceaan absorberen vooral dit deel van de zonnestraling dat overeenkomt met rood en groen licht, wat de blauwachtige kleur van de diepzee verklaart. Op grote diepte is alle zichtbare straling geabsorbeerd door water, en daar is het helemaal donker.
Straling die op een voorwerp valt, kan deels geabsorbeerd, en deels teruggekaatst worden. In beide gevallen wijzigen de eigenschappen van de elektromagnetische straling. Planten gebruiken hoofdzakelijk het rode deel van het zonnespectrum voor fotosynthese. Dit rode deel wordt dus uit het teruggekaatste lichtspectrum verwijderd, en daardoor ziet het licht dat bladeren reflecteren er groen uit.
De grafieken hiernaast illustreren de "spectrale signatuur" van verschillende materies, met in de x-as de frequenties (of golflengten) en in de y-as de intensiteit van de weerkaatste elektromagnetische straling.
De verschillende materies absorberen niet hetzelfde deel van de zonnestraling, en bijgevolg is het spectrum van de weerkaatste straling verschillend. Het elektromagnetische spectrum dat door een voorwerp teruggekaatst wordt, noemt men zijn "spectrale signatuur".
Teledetectie maakt hiervan gebruik: door analyse van het weerkaatste elektromagnetische spectrum (hun spectrale signatuur) kan men in een zekere mate sommige eigenschappen van voorwerpen bepalen. Eigenlijk zien wij op dezelfde manier: wij maken gebruik van de kleur om voorwerpen te identificeren (bijvoorbeeld bij de keuze van de rijpste appel). Maar sensoren die gebruikt worden voor teledetectie hebben een gezichtsveld dat ver buiten het elektromagnetische spectrum van het zichtbare licht reikt.
Om alle frequenties van een elektromagnetisch spectrum te analyseren, gebruikt men normaal de radiospectrometer. Andere, eenvoudiger toestellen, meten slechts bepaalde frequenties van het spectrum (= spectrale banden). Dergelijke multispectrale radiometers leveren weliswaar slechts discrete (= niet continu) metingen, maar men kan hiermee toch verschillende materialen onderscheiden.
In de praktijk bestrijken de sensoren voor teledetectie het ultraviolette (<0,3 mm), het zichtbare gebied (van 0,4 mm tot 0,7 mm), het nabije infrarood (0,7 mm tot 1,5 mm) en thermisch infrarood (tot 1000 mm of 1 mm) gebied. Deze sensoren beperken zich meestal tot het meten en analyseren van de straling teruggekaatst door voorwerpen die verlicht worden door de zon (= "passieve systemen"). Andere teledetectiesystemen stralen zelf een signaal naar de aardoppervlakte en analyseren dan de echo (= "actieve systemen"). Deze laatste werken meestal in het gebied van micro- of radargolven met golflengten tussen 0,1 cm en 1 m.