Table of Contents
سنبين في هذا المقال معلومات عن الأقمار الصناعية وكيف تعمل ومدى دقتها وماهي المدارات التي تدور فيها في الفضاء وطريقة عمل مجسات الأقمار الاصطناعية وأجهزة الاستشعار عن بعد لتعطي معلوماتها بمنتهى الدقة .
آلاف الأقمار الصناعية تدور في السماء فوق رأسك. يمكنك استخدامها كل يوم بطرق لا تعد ولا تحصى ، من الإنترنت الذي يسمح لك بقراءة هذا ، إلى تقرير الطقس الذي يخبرك بكيفية ارتداء الملابس اليوم ، إلى نظام تحديد المواقع العالمي (GPS) في سيارتك الذي يرشدك عبر المدينة.
يدور في الوقت الحالي أكثر من 4500 قمر صناعي حول الأرض ، ويتم إطلاق المزيد منها طوال الوقت. يشعر علماء الفلك بالقلق بشأن ما تعنيه كل هذه الأقمار الصناعية بالنسبة لقدرتهم على دراسة سماء الليل. وتشكل الأقمار الصناعية والحطام الناجم عن الاصطدامات خطراً على رواد الفضاء في الفضاء.
معلومات عن الأقمار الصناعية
إن الاستشعار عن بعد هو عملية حصول الأقمار الصناعية على المعلومات عن بعد. ناسا تراقب الأرض والأجسام الكوكبية الأخرى باستخدام أجهزة استشعار على متن الأقمار الصناعية والطائرات التي تكتشف وتسجل الطاقة المنعكسة أو المنبعثة.
تتيح المستشعرات عن بُعد ، التي توفر منظوراً عالمياً وثروة من البيانات حول أنظمة الأرض ، اتخاذ قرارات مستنيرة بالبيانات بناءً على الحالة الحالية والمستقبلية لكوكبنا.
مدارات الأقمار الصناعية
يمكن وضع الأقمار الصناعية في عدة أنواع من المدارات مختلفة حول الأرض. الفئات الثلاث الشائعة من المدارات هي مدار أرضي منخفض (حوالي 160 إلى 2000 كيلومتر فوق الأرض) ، مدار أرضي متوسط (حوالي 2000 إلى 35500 كيلومتر فوق الأرض) ، ومدار أرضي مرتفع (فوق 35500 كيلومتر فوق الأرض).
تقع الأقمار الصناعية التي تدور على ارتفاع 35786 كلم على ارتفاع تتطابق سرعتها المدارية مع دوران الكوكب ، وهي في ما يسمى بالمدار المتزامن مع الأرض (GSO).
بالإضافة إلى ذلك ، سيكون للساتل الموجود في المدار المستقر بالنسبة إلى الأرض مباشرة فوق خط الاستواء مدار ثابت بالنسبة للأرض . يتيح المدار الثابت بالنسبة للأرض للساتل الحفاظ على موقعه مباشرة فوق نفس المكان على سطح الأرض.
المدار الأرضي المنخفض هو مدار شائع الاستخدام حيث يمكن للأقمار الصناعية أن تتبع العديد من المسارات المدارية حول الكوكب. على سبيل المثال ، تميل الأقمار الصناعية التي تدور في مدار قطبي بمقدار 90 درجة تقريباً إلى المستوى الاستوائي وتنتقل من القطب إلى القطب أثناء دوران الأرض.
يتيح ذلك لأجهزة الاستشعار الموجودة على القمر الصناعي الحصول على بيانات حول العالم بأسره بسرعة ، بما في ذلك المناطق القطبية.
تعتبر العديد من الأقمار الصناعية التي تدور حول القطبين متزامنة مع الشمس ، مما يعني أن القمر الصناعي يمر عبر نفس الموقع في نفس التوقيت الشمسي في كل دورة.
أحد الأمثلة على قمر صناعي متزامن مع الشمس يدور حول القطب هو القمر الصناعي أكوا التابع لناسا ، والذي يدور حول 705 كيلومترات فوق سطح الأرض.
من ناحية أخرى ، لا توفر الأقمار الصناعية غير القطبية ذات المدار الأرضي المنخفض تغطية عالمية ولكنها تغطي بدلاً من ذلك نطاقاً جزئياً فقط من خطوط العرض.
المرصد الأساسي المشترك بين وكالة ناسا والوكالة اليابانية لاستكشاف الفضاء الجوي لقياس الهطول العالمي (GPM) هو مثال على قمر ارضي منخفض غير متزامن مع الشمس. يكتسب مساره المداري بيانات بين خطي عرض 65 درجة شمالا وجنوبا من 407 كيلومترات فوق الكوكب.
يستغرق القمر الصناعي المدار الأرضي المتوسط حوالي 12 ساعة لإكمال مداره. في غضون 24 ساعة ، يعبر القمر الصناعي نفس النقطتين على خط الاستواء كل يوم.
هذا المدار ثابت ويمكن التنبؤ به بشكل كبير. نتيجة لذلك ، هذا مدار يستخدمه العديد من أقمار الاتصالات السلكية واللاسلكية ونظام تحديد المواقع العالمي (GPS ) أحد الأمثلة على كوكبة الأقمار الصناعية ذات المدار الأرضي المتوسط هو نظام غاليليو للملاحة العالمية بالأقمار الصناعية (GNSS)التابع لوكالة الفضاء الأوروبية ، والذي يدور على ارتفاع 23222 كم فوق الأرض.
بينما يدور كل من الأقمار الصناعية المتزامنة مع الأرض و الثابتة بالنسبة للأرض على ارتفاع 35786 كم فوق الأرض ، فإن الأقمار الصناعية المتزامنة مع الأرض لها مدارات يمكن إمالتها أعلى أو أسفل خط الاستواء.
من ناحية أخرى ، تدور الأقمار الصناعية المستقرة بالنسبة إلى الأرض حول الأرض على نفس مستوى خط الاستواء.
تلتقط هذه الأقمار الصناعية مناظر متطابقة للأرض مع كل ملاحظة وتوفر تغطية شبه مستمرة لمنطقة واحدة. تقع سلسلة الأقمار الصناعية البيئية التشغيلية المشتركة بين وكالة ناسا / نوا ( GOES ) في مدارات ثابتة بالنسبة إلى الأرض فوق خط الاستواء.
ذات صلة :
- معلومات عن القمر : 13 حقيقة عن القمر الرفيق الثابت لكوكب الأرض
- أكبر أقمار في المجموعة الشمسية: بالصور قائمة بأكبر 10 أقمار و قصص اكتشافها الفريدة
كيف تعمل الأقمار الصناعية
تنتقل الطاقة الكهرومغناطيسية ، الناتجة عن اهتزاز الجسيمات المشحونة ، على شكل موجات عبر الغلاف الجوي وفراغ الفضاء.
هذه الموجات لها أطوال موجية مختلفة (المسافة من قمة الموجة إلى قمة الموجة) وتردداتها ؛ يعني الطول الموجي الأقصر تردداً أعلى. بعضها ، مثل موجات الراديو والميكروويف والأشعة تحت الحمراء ، لها طول موجي أطول ، في حين أن البعض الآخر ، مثل الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية وأشعة جاما أيضاً ، يكون له طول موجي أقصر بكثير جداً .
يقع الضوء المرئي في منتصف هذا النطاق وذلك من الإشعاع الطويل حتى الموجات القصيرة. وهذا الجزء الصغير من الطاقة هو كل ما بإمكان العين البشرية اكتشافه.
إن هذه الأجهزة ضرورية للكشف عن جميع أشكال الطاقة الكهرومغناطيسية الأخرى. وتستخدم أجهزة ناسا النطاق الكامل للطيف وذلك لاستكشاف وفهم العمليات التي تحدث هنا على الأرض وعلى أجسام كوكبية أخرى.
تمتص بعض الموجات أو تنعكس بواسطة مكونات الغلاف الجوي ، مثل بخار الماء وثاني أكسيد الكربون ، بينما تسمح بعض الأطوال الموجية بالحركة دون عوائق عبر الغلاف الجوي ؛ للضوء المرئي أطوال موجية يمكن أن تنتقل عن طريق الغلاف الجوي.
طاقة الميكروويف لها أطوال موجية يمكن أن تمر عبر السحب ، وهي سمة تستخدمها العديد من أقمار الطقس والاتصالات.
المصدر الأساسي للطاقة التي رصدتها الأقمار الصناعية ، هي الشمس. تعتمد كمية طاقة الشمس المنعكسة على خشونة السطح وبياضه ، وهي الطريقة التي يعكس بها السطح الضوء بدلاً من امتصاصه.
الثلج ، على سبيل المثال ، له درجة عالية جداً من البياض ويعكس ما يصل إلى 90٪ من الإشعاع الشمسي الوارد. من ناحية أخرى ، يعكس المحيط حوالي 6٪ فقط من الإشعاع الشمسي القادم ويمتص الباقي.
في كثير من الأحيان ، عندما يتم امتصاص الطاقة ، يتم إعادة إصدارها ، عادة بأطوال موجية أطول. على سبيل المثال ، يتم إعادة انبعاث الطاقة التي يمتصها المحيط كأشعة تحت الحمراء.
كل الأشياء على الأرض تعكس أو تمتص أو تنقل الطاقة ، والتي يختلف مقدارها حسب الطول الموجي. تماماً كما أن بصمة إصبعك فريدة بالنسبة لك ، فإن كل شيء على الأرض له بصمة طيفية فريدة.
يمكن للباحثين استخدام هذه المعلومات التي تقدمها الأقمار الصناعية لتحديد ميزات الأرض المختلفة وكذلك أنواع الصخور والمعادن المختلفة. يحدد عدد النطاقات الطيفية المكتشفة بواسطة أداة معينة ، ودقتها الطيفية ، مقدار التمايز الذي يمكن للباحث تحديده بين المواد.
مجسات الأقمار الصناعية
تستخدم المستشعرات أو الأدوات الموجودة على متن الأقمار الصناعية والطائرات الشمس كمصدر للإضاءة أو توفر مصدر الإضاءة الخاص بها ، وقياس الطاقة التي تنعكس مرة أخرى.
وتسمى أجهزة الاستشعار التي تستخدم الطاقة الطبيعية من الشمس بأجهزة الاستشعار السلبية. تسمى تلك التي توفر مصدر الطاقة الخاص بها بأجهزة الاستشعار النشطة.
تشمل المستشعرات المنفعلة أنواعاً مختلفة من مقياس الإشعاع (الأدوات التي تقيس كمياً شدة الإشعاع الكهرومغناطيسي في نطاقات محددة) ومقاييس الطيف (الأجهزة المصممة لاكتشاف وقياس وتحليل المحتوى الطيفي للإشعاع الكهرومغناطيسي المنعكس).
تعمل معظم الأنظمة المنفعلة التي تستخدمها تطبيقات الاستشعار عن بعد في الأجزاء المرئية والأشعة تحت الحمراء وكذلك الأشعة تحت الحمراء الحرارية والميكروويف من الطيف الكهرومغناطيسي.
تقيس هذه المستشعرات درجة حرارة سطح الأرض والبحر و خصائص الغطاء النباتي و السحب والهباء الجوي و السمات الفيزيائية الأخرى.
لا تستطيع معظم المستشعرات المنفعلة اختراق الغطاء السحابي الكثيف وبالتالي لها قيود على مراقبة مناطق مثل المناطق الاستوائية حيث يتكرر الغطاء السحابي الكثيف.
تشمل المستشعرات النشطة أنواعاً مختلفة من أجهزة الاستشعار الراديوية للكشف والمدى ، وأجهزة قياس الارتفاع ومقاييس الانتثار.
تعمل غالبية المستشعرات النشطة في نطاق الموجات الدقيقة للطيف الكهرومغناطيسي ، مما يمنحها القدرة على اختراق الغلاف الجوي في معظم الظروف.
هذه الأنواع من أجهزة الاستشعار مفيدة في قياس الملامح الرأسية للهباء الجوي ، وهيكل الغابات ، وهطول الأمطار والرياح ، وتضاريس سطح البحر ، والجليد ، من بين أمور أخرى.
توفر أجهزة الاستشعار عن بعد لصفحة بيانات Earthdata قائمة بأجهزة استشعار علوم الأرض المنفعلة و النشطة التابعة لوكالة ناسا.
ما هو الرادار ذي الفتحة التركيبية؟ يوفر معلومات محددة عن هذا النوع من أجهزة استشعار الرادار النشط.
دقة الأقمار الصناعية في إعطاء المعلومات
يلعب القرار دوراً في كيفية استخدام البيانات من جهاز الاستشعار. يمكن أن تختلف الدقة اعتماداً على مدار القمر الصناعي وتصميم المستشعر. هناك أربعة أنواع من الدقة التي يجب مراعاتها لأي مجموعة بيانات ، القياس الإشعاعي والمكاني والطيفي والزمني.
الدقة الراديومترية هي مقدار المعلومات في كل بكسل ، أي عدد البتات التي تمثل الطاقة المسجلة. تسجل كل بتة أساً للطاقة 2. على سبيل المثال ، دقة 8 بت هي 2 ، مما يشير إلى أن المستشعر يحتوي على 256 قيمة رقمية محتملة (0-255) لتخزين المعلومات.
وبالتالي ، كلما زادت دقة قياس الإشعاع ، زادت القيم المتاحة لتخزين المعلومات ، مما يوفر تمييزاً أفضل حتى بين أدنى اختلافات في الطاقة. على سبيل المثال ، عند تقييم جودة المياه ، فإن الدقة الإشعاعية ضرورية للتمييز بين الاختلافات الدقيقة في لون المحيط.
انظر أيضاً :
المراجع :
