Introducción a la Percepción Remota…4 6.- Fundamentos de percepción remota Clase: Sensoría Remota

En la clase pasada… Hablamos de las interacciones de la EEM con la tierra. Vimos que la energía es la capacidad de realizar la chamba… La energía se transfiere por: Conducción Convección Radiación Nos enfocamos en la radiación y discutimos los modelos de ondas de Maxwell.

En la clase pasada… La luz va en ch…. Bien rápido (c = 3 x 108 m s-1). Analizamos el modelo de ondas (relación frecuencia, long. Onda y vel. Luz). Analizamos la Ley de Stefan-Boltzmann (temperatura proporcional a radiación) Analizamos Ley del desplazamiento de Wien (long. De onda máxima)

Que vamos a ver hoy… El espectro electromagnético. El modelo de luz de partículas. Relacionando el modelo de partícula y de onda. Como se genera la luz. Interacciones de la energía con la atmosfera.

El Espectro Electromagnético: Para fines de percepción remota el EEM, es el continuo de radiación electromagnética emitida desde la longitud de los rayos gamma, hasta las ondas de radio producidas por el sol. Los intervalos de longitud de onda en el EEM son a menudo definidos y referidos como bandas, canales o regiones. La porción visible y de onda corta del espectro se puede medir en nanómetros (nm) o micrómetros (μm). En longitud de onda más largas, esto es impráctico.

El Espectro Electromagnético: Los sistemas de PR para monitorear recursos terrestres se enfocan primordialmente en las regiones del visible a las microondas La resolución espectral de estos instrumentos esta dado en términos de bandas del EEM.

Modelos de radiación electromagnética: Para entender como la energía electromagnética (EEM) se propaga en el espacio, y como interacciona con la materia es de gran utilidad describir sus procesos usando dos modelos diferentes (Englert et al, 1994) El Modelo de ondas para la EEM El modelo de partículas para la EEM

El Modelo de partículas: Antes de 1905 la luz era concebida como una onda suave y continua. Después Albert Einstein (1879-1955) encontró que cuando la luz interacciona con la materia, se comporta como si esta estuviera compuesta de cuerpos individuales llamados fotones, estos tienen propiedades de partícula como son energía y momento (cuando se cobra velocidad o fuerza). Niels Bohr (1885-1962) y Max Planck proponen la teoría cuántica de la radiación electromagnética. Esta teoría denota que la energía es transferida en paquetes discretos llamados cuantos o fotones. Algunas veces es útil describir la radiación electromagnética como onda… pero cuando interacciona con materia es muy útil describirla como paquetes de energía o fotones…

Relacionando los Modelos (ondas y partículas): La relación en frecuencia de radiación expresada por la teoría de ondas nos dice que: Q = h ν Donde Q es la energía de un quantum medida en Joules (J), h es la constante de Plank (6.626 x 10-34 J s-1) y v es la frecuencia de la radiación. Si multiplicamos la ecuación del modelo de onda por h/h: λ = h c/h ν Si substituímos Q por hv, expressamos la longitud de onda associada al quantum de energia como: λ = h c / Q o Q = h c / λ

Relacionando los Modelos (ondas y partículas): En este modelo, la energía de un quantum es inversamente proporcional a su longitud de onda. Mientras más larga sea la longitud de onda, menor será la energía que contiene. Las substancias tienen diferente color debido a las diferencias en sus niveles de energía y a las reglas de selección.

Relacionando los Modelos (ondas y partículas): A la derecha energía en quantums (fotones) desde los rayos gamma hasta las ondas de radio en el espectro electromagnético. Longitudes de onda más corta, tienen mayor energía y mayor frecuencia.

Interacciones materia y energía en la atmosfera: Al llegar a la tierra, la radiación electromagnética puede ser afectada de diferentes maneras. La atmosfera afecta la velocidad de la radiación, la longitud de onda, la intensidad y la distribución espectral de la radiación. Existen 4 procesos principales que afectan la radiación electromagnética proveniente de la atmosfera: Refracción, Dispersión, Absorción y reflexión.

Dispersión Se refiere a la dispersión de la luz por moléculas atmosféricas, por partículas y por gotas de agua. El tipo de dispersión está en función de la longitud de onda, la incidencia de la luz y el tamaño de las partículas. Hay tres tipos de dispersión: Rayleigh, Mie y no selectiva. La dispersión puede reducir de manera severa el contenido de información de información captada mediante PR, esto mediante la reducción de contraste, haciendo difícil el diferenciar objetos.

Dispersión Rayleigh Ocurre cuando el diámetro de la materia (usualmente moléculas de aire) son muchas veces más pequeñas que la radiación EM incidente. Esta es responsable del cielo azul. Las longitudes de onda cortas violetas y azules son dispersadas más eficientemente que las más largas del verde, naranja y rojo.

Dispersión Rayleigh La cantidad de dispersión es inversamente proporcional a la longitud de onda a la cuarta potencia. Dr=1/ λ 4 Por ejemplo, la luz azul (0.4 μm) será dispersada 16 veces más que la luz del infrarrojo cercano (0.8 μm) Calcula si esto es cierto…. ¿Cuál es la Dr de la luz verde (0.55 μm)?

Dispersión Rayleigh La dispersión Rayleigh también es responsable por el atardecer rojo. La luz solar pasara a través de un camino más largo en la tarde (o en la mañana) que en la medio día. Debido a esto la luz violeta y azul será dispersada todavía más que cuando le sol está en zenit. Lo que vemos cuando observamos el sol son las longitudes de onda que son más difíciles de dispersar (anaranjado y rojo) (Sagan 1994).

Dispersión Mie Toma lugar cuando la luz encuentra en su camino partículas esféricas (vapor o polvo) con diámetros aproximadamente iguales a su longitud de onda. La dispersión es mayor que en el caso de Rayleigh y las longitudes de onda dispersas también son más grandes. La contaminación también contribuye a los atardeceres y amaneceres “Estilo Sonora”…. Mismo principio, mientras más polvo y humo, la radiación UV, azul y verde será dispersada más rápidamente, dejando radiación en anaranjados y rojos.

Dispersión no selectiva Ocurre cuando la luz encuentra en su camino partículas con diámetro mucho mayor a su longitud de onda. Se dice no selectiva porque vale cuete la longitud de onda, todo se va a dispersar. Ejemplo las nubes y la niebla son dispersores no selectivos, pues dispersan todo en las longitudes de onda costas y las visibles.

Absorción: Es el proceso médiate el cual la energía radiante es absorbida y convertida en otra forma de energía. Las bandas de absorción son intervalos de longitud de onda en el EEM son de la energía radiante es absorbida por substancias tales como el agua (H2O), el bióxido de carbono (CO2), oxigeno (O2), ozono (O3), y el oxido de nitrogeno (N2O). El efecto acumulativo de absorción de estos constituyentes en la atmosfera pueden causar un “cierre” de intervalos específicos en ciertas regiones del espectro. La absorción es mala para PR, pues no deja energía para captar nada...

Conclusiones El espectro electromagnético es la explicación de por qué ven las cosas de colores. La luz no se comporta solo como onda sino también como partícula (paquetes de energía llamados fotones)… La atmosfera lleva a cabo procesos de dispersión y absorción de luz proveniente del sol.