Ilmakehän sironta

Sähkömagneettinen säteily voi absorboitua tai siirtyä, mutta myös heijastua tai sirota ilmakehän hiukkasista. Sironta on ilmakehässä leijuvien hiukkasten aiheuttamaa sähkömagneettisen energian uudelleen suuntautumista. Sironnan tyyppi ja määrä riippuu hiukkasten koosta ja energian aallonpituudesta. Tulevaan auringonsäteilyyn vaikuttaa pääasiassa kolme erilaista sirontaa:

• Rayleigh-sironta
• Mie-sironta
• Mie-sironta
• Mie-sironta
• Mie-sironta
• Mie-sironta
• Epäselektiivinen sironta

Rayleigh-sironta

Rayleigh-sirontaa syntyy, kun säteilyä (eli valoa) syntyy, kun se vuorovaikutuksessa on ilmakehän sellaisiin molekyyleihin ja hiukkasiin, jotka ovat halkaisijaltaan pienempiä, kuin tulevan säteilyä vastaanotettavissa olevaan auringossa. Lyhyemmät aallonpituudet siroavat helpommin kuin pidemmät aallonpituudet. Lyhyempien aallonpituuksien valo (kuten sininen ja violetti näkyvä valo) siroaa pieniin hiukkasiin, joihin kuuluvat NO2 ja O2. Koska sininen valo kuuluu näkyvän spektrin lyhyen aallonpituuden päähän, se siroaa ilmakehässä voimakkaammin kuin pidempiaaltoinen punainen valo. Rayleigh-sironta on vastuussa taivaan sinisestä väristä. Rayleigh-sironta voi myös aiheuttaa kuviin sameutta. Ilmakuvauksessa käytetään erityisiä suodattimia, jotka suodattavat sinisen valon sirontaa sumun vähentämiseksi. Digitaalisissa kuvissa käytetään erilaisia tekniikoita Rayleigh-sironnan vaikutusten minimoimiseksi.

Auringon noustessa ja laskiessa tuleva auringonvalo kulkee pidemmän matkan (polun pituus) ilmakehän läpi. Pidempi matka johtaa lyhyiden (sinisten) aallonpituuksien sirontaan, joka on niin täydellistä, että näemme vain valon pidemmät aallonpituudet, punaisen ja oranssin. Ilman hiukkasia ja sirontaa taivas näyttäisi mustalta.

Kuvan lähde: Principles of Remote Sensing (Tempfli et al.)

Mie-sironta

Mie-sironta syntyy, kun sähkömagneettisen säteilyn aallonpituus on samankokoinen kuin ilmakehän hiukkaset. Mie-sironta vaikuttaa yleensä säteilyyn, joka ulottuu lähi-UV:n alueelta spektrin keski-infrapunaosiin. Mie-sironta esiintyy enimmäkseen ilmakehän alemmissa osissa, joissa suurempia hiukkasia on runsaammin, ja se on hallitsevaa pilvisyyden vallitessa. Siitepöly, pöly ja savusumu aiheuttavat eniten mie-sirontaa. Mie-sironta aiheuttaa kuviin yleistä sameutta.

Epäselektiivinen sironta

Epäselektiivistä sirontaa esiintyy, kun ilmakehän hiukkasten halkaisija on paljon suurempi kuin säteilyn aallonpituus. Epäselektiivinen sironta johtuu pääasiassa ilmakehän vesipisaroista. Epäselektiivinen siroaminen siroaa kaiken säteilyn tasaisesti spektrin näkyvällä ja infrapuna-alueella – siksi termi epäselektiivinen. Näkyvillä aallonpituuksilla valo siroaa tasaisesti, minkä vuoksi sumu ja pilvet näyttävät valkoisilta.Koska pilvet sirottavat valon kaikkia aallonpituuksia, tämä tarkoittaa, että pilvet estävät suurimman osan energiasta pääsemästä maan pinnalle. Tämä voi vaikeuttaa kaukokartoituskuvien tulkintaa ja analysointia alueilla, jotka ovat alttiita pilvi- ja sumupeitteelle. Pilvet heittävät myös varjoja, jotka muuttavat pinnan piirteiden valaistusta ja suhteellista heijastuskykyä. Tämä voi olla merkittävä rajoitus kaukokartoituskuvissa.

Atmosfäärin vuorovaikutuksen vaikutus

Kaukokartoituksessa on tärkeää ymmärtää ilmakehän vaikutus sähkömagneettiseen säteilyyn. Ensinnäkin on ratkaisevan tärkeää ymmärtää ilmakehän ikkunat ja pystyä tunnistamaan, voiko anturi ”nähdä” ilmakehän läpi tietyssä spektrin osassa vai ei. Koska ilmakehä absorboi ja siroaa saapuvaa säteilyä, nämä vuorovaikutukset on usein korjattava. Tämä prosessi tunnetaan nimellä ”ilmakehän korjaus”, ja se on yleinen kuvankäsittelytekniikka.

For Fun: Marsin auringonlasku

Marsin ilmakehä on erilainen kuin Maan ilmakehä, ja ilmakehässä on huomattava määrä pienhiukkasia. Tämä aiheuttaa erilaista valon sirontaa kuin mitä näemme täällä Maassa. Marsin ilmakehässä oleva pöly päästää sinisen valon läpäisemään ilmakehän tehokkaammin kuin pidemmän aallonpituuden valon. Tämä aiheuttaa sen, että auringosta tulevan sekoittuneen valon siniset värit pysyvät lähempänä auringon puoleista taivaanosaa verrattuna keltaisten ja punaisten värien laajempaan sirontaan. Vaikutus on selvin lähellä auringonlaskua, jolloin auringon valo kulkee ilmakehässä pidemmän reitin kuin keskipäivällä. Tämä tuottaa Marsissa sinisävyisen auringonlaskun.

← Takaisin

Moduuli Etusivu