En våglängd vid stranden
Vi berörde ämnet elektromagnetisk strålning i vår tidigare diskussion (länk här). Vågorna som faktiskt bildar den elektromagnetiska strålningen kan förenklas och visualiseras som vågor av vatten som träffar en sjö- eller havsstrand. I själva verket beter sig elektromagnetisk strålning i vissa fall på andra sätt, men vi kommer inte att gå in på det här.
Om du känner med handen på dessa vågor vid stranden, känner du dem trycka mot din hand. Det är vågorna som överför sin rörelseenergi mot din hand. Hur starkt du känner att vattnet trycker mot handen beror på vågens hastighet och höjd. På samma sätt ser du hur vågorna som slår mot stranden reflekterar tillbaka till havet. Det finns en flytande träbit precis vid strandlinjen. Reflektioner av vattnet som slår tillbaka är lätta att se från träbitens guppande.
Egentligen, om du skulle rita det guppande träet under en inkommande våg på ett papper, så skulle du få något intressant. Om du har ett papper och en penna så kan du göra detta hemma, eller med ett ritprogram på datorn eller bara i fantasin. Vi skulle börja rita från den vänstra kanten av papperet, i medelhöjd. På mitten av pappret markerar höjden det helt stilla vattnet. Du kan rita en rak linje över papperet i mitten. Första pricken sätts dit: Den flytande träbiten rör sig inte, den är där i stilla vatten, och den första pricken i mitten av papperet, nära den vänstra kanten av papperet. Vågen börjar komma in, träet stiger lite. Tiden har gått, så den andra punkten går till höger om den första, men eftersom träet är högre nu i vattnet är pricken på papperet också högre. Följande punkter beter sig på samma sätt, eftersom träet fortsätter att höjas i den inkommande vågen, så gör även prickarnas positioner på papperet. Och alltid har samma tid passerat, så dessa punkter är alltid lika i avstånd till höger om den föregående punkten.
Bild 1. Klicka för större bild.
Slutligen, på den högsta toppen av vågen, är träet högst. Din bild skulle se ut ungefär så här i bild 1 när du ansluter punkterna. Vågens höjd kallas amplitud, avståndet från stillastående vattennivå till högsta topp. Om du fortsätter samma process nu när vågen börjar krympa och träbiten blir lägre, fortsätter prickarna bara att gå ner. Prickarna når mittlinjen, nivån av stillaståendevatten och fortsätter fortfarande att gå ner, som efter vågen håller träbiten gå lägre och lägre. När den lägsta nivån har uppnåtts börjar vågen passera träbiten och den börjar höja sig. När den når tillbaka till nivån av stilla vatten har vågen passerat.
Bild 2. Klicka för större bild.
Hur jämför man dessa vågor och pratar om dem? Om du och din vän pratar om vågor ni båda såg, hur skulle ni beskriva dem för varandra? Du vet redan amplituden, våglängden är en annan sak av intresse. Våglängden definieras som avståndet från vågens början till vågens slut och följande bild 2 skulle vara ganska lik den som du skulle ha ritat. Hastigheten hos vågorna i vatten kan förändras, men när vi pratar om osynliga vågor av elektromagnetisk strålning är vågornas hastighet fixerad, det är ljusets hastighet. Kortare och längre våglängder kan visualiseras som i följande bild 3.
Bild 3. Klicka för större.
Ett annat sätt att beskriva vågorna är frekvensen. Med frekvens menar vi hur många vågor som träffade stranden under en viss bestämd tid. För att möjliggöra jämförelse av mätningar och för att förstå mätningar gjorda av andra, har det utvecklats en standard, Hertz. Hertz berättar hur många vågor som händer på en sekund - en Hertz betyder att en våg kommer igenom på en sekund.
Om vi har en osynlig våg, en elektromagnetisk våg, som har en meter från botten av vågen till botten av nästa våg, vad är det för frekvens? Kan vi beräkna det med den här informationen? Ja och nej. Vi måste veta dess fart, som vi pratade om det tidigare. Hastigheten hos de elektromagnetiska strålningsvågorna är alltid ljusets hastighet, ca 300 000 m/s (300 000 km/s). För att veta hur många vågor av denna våglängd på 1 meter, som går igenom på en sekund, så delar vi ljusets hastighet med 1 meter. Resultatet är 300 000 000 Hz eller 300 MHz. 300 miljoner vågor händer på en sekund, elektromagnetisk strålning är snabb!
Elektromagnetisk strålning är allt som är tillgängligt för sensorerna som kretsar runt jorden för att observera olika saker som händer i Jorden. På samma sätt som träbiten vid strandkanten som guppar till de reflekterade vågorna från stranden, reagerar dessa instrument i rymden på den elektromagnetiska strålningen som reflekteras från jorden på olika våglängder.
Bild 4. Klicka för större.
Den här veckan visade vi dig en bild från Sentinel-2 MSI-instrumentet (Bild 4) som registrerar mängderna av elektromagnetiskstrålning som reflekteras från jorden med 13 olika våglängder. För varje våglängd registrerar MSI-instrumentet hur mycket av det som reflekterades tillbaka. Våglängder som man observerar är ganska korta, de är oftast lätta att hänvisas till i nanometer. 1 nanometer är bara 0, 000 000 001 meter och därmed är frekvenserna mycket höga. Frekvensen relaterad till 1 nanometer är 300 pHz. Elektromagnetisk strålning i området som vi kan se, vi kallar bara ljus, och det täcker området från 380 nm till 750 nm. Här i bilden 5 är områdenas MSI instrumentmått är överlagrade med spektrumet av elektromagnetisk strålning. Du kan också se i vilka områden av spektrumet som vi använde är. Detta är falska färgbilder, och om du vill påminna dig om vad dessa var, kan du ta en titt på vår tidigare artikel (länk här).
Bild 5. Klicka för större bild.
Varför registrerar MSI-sensorn så många strålningsintensiteter i olika våglängder? Föremål och saker reflekterar och absorberar den elektromagnetiska strålningen i olika våglängder tydligt. Även så tydligt är det möjligt att skapa en våglängdsprofil för en viss typ av sak, som berättar hur väl typen av sak reflekterar strålning i dessa olika våglängder, och sedan använda den här profilen för att identifiera den! Vi kommer att komma in mer i detalj med det i framtiden, men med den här bilden 6 nedan kan du själv observera skillnaderna. Reflektioner i olika våglängder berättar verkligen olika historier!
Bild 6. Klicka för större.