Το Ραδιόμετρο Μικροκυμμάτων (1/2)
Αρχές λειτουργίας
Το ραδιόμετρο μικροκυμάτων (MWR) είναι ένας παθητικό αισθητήρας που ανιχνεύει την ακτινοβολία που εκπέμπεται ή αντανακλάται από ένα αντικείμενο στην περιοχή μικροκυμάτων σε συχνότητες της τάξης του 1 έως 100 GHz. Αυτό αντιστοιχεί σε μήκη κύματος μεταξύ περίπου. 0,5 εκατ. και 0,5 μέτρων, βλ. κεφάλαιο 1 του μαθήματος Κατανόηση των Φασμάτων από την Γη . Τα ραδιόμετρα μικροκυμάτων γενικά σχεδιάζονται ως σαρωτικά μέσα που επιτρέπουν τη λήψη εικόνων από το έδαφος. Αυτό είναι το MWR Scanner.
Οι αερομεταφερόμενοι σαρωτές MWR είναι αναρτημένες στο κάτω μέρος του αεροσκάφους. Η παραβολική κεραία σάρωσης, που προστατεύεται από ένα θολωτό κάλυμμα (δεν φαίνεται εδώ), έχει ένα ελεύθερο οπτικό πεδίο προς την κατεύθυνση ναδίρ. Ένας μηχανοκίνητος σαρωτικός μηχανισμός παρέχει μια ημιτονοειδή σαρωτική γραμμή επί του εδάφους. Η ακτινοβολία συλλέγεται από την κεραία που τροφοδοτείται από το κέρατο στον δέκτη όπου ενισχύεται και φιλτράρεται, για να εξάγει το επιθυμητό φάσμα συχνοτήτων από το συνολικό σήμα.
Όπως αναφέρεται στης ενότητα σχετικά για το ραντάρ, η ατμόσφαιρα της γης είναι μάλλον πολύ διαφανή στην φασματική περιοχή των μικροκυμάτων. Κοιτάζοντας προς την επιφάνεια της θάλασσας, το MWR ανιχνεύει τη φυσική θερμική εκπομπή (ή: ακτινοβολία Planck) του θαλασσινού νερού ή των ουσιών στην επιφάνεια του νερού, καθώς επίσης και κάποια μικροκυματική ακτινοβολία στο φάσμα του ηλιακού φωτός που ανακλάται στην επιφάνεια της θάλασσας κατά τη διάρκεια της ημέρας.
Η φυσική αρχή είναι πολύ παρόμοια με την ανίχνευση της θερμικής υπέρυθρης ακτινοβολίας με τον σαρωτή IR που μετρά θερμοκρασίες φωτεινότητας στην υπέρυθρη φασματική περιοχή. Ο σαρωτής MWR μέτρα την θερμοκρασία φωτεινότητας στην περιοχή μικροκυμάτων σε μήκη κύματος τα οποία είναι μακρύτερα από ένα παράγοντα από 100 έως 1000. Λόγω αυτού, οι πολύ διαφορετικές φασματικές περιοχές χρειάζονται ειδικές τεχνολογίες για την ανίχνευση και επεξεργασία σήματος (η συζήτηση της οποίας είναι πέρα από αυτή την ενότητα).
Με τους σαρωτές IR και MWR, οι περιβαλλοντικοί παράμετροι επίσης παίζουν ένα διαφορετικό ρόλο. Για παράδειγμα, ένας σαρωτής IR δεν «βλέπει» την επιφάνεια της θάλασσας στην παρουσία των σύννεφων αφού η υπέρυθρη ακτινοβολία απορροφάται από τα σταγονίδια του νερού των σύννεφων. Η θερμική εκπομπή του θαλασσινού νερού που μετράται με σαρωτή MWR εξαρτάται από τη θερμοκρασία και την αλατότητα, ενώ το σήμα του σαρωτή IR εξαρτάται από τη θερμοκρασία, αλλά δεν είναι ευαίσθητη στην αλατότητα του θαλασσινού νερού.
Σε συχνότητες μικροκυμάτων, το θαλασσινό νερό είναι ένας μη-ιδανικό εκπομπός μαύρων σωμάτων. Η εκπομπή ακτινοβολίας του είναι μικρότερη από ό, τι θα περίμενε κανείς από τον Νόμο της Ακτινοβολίας κατά του Πλανκ Planck’s Radiation Law. Ως εκ τούτου, το θαλασσινό νερό θεωρείται ως πομπός γκρίζου σώματος. Αν το θαλασσινό νερό είναι σε θερμοκρασία δωματίου (20°C ή 293 Kelvin), λαμβάνοντας την ένταση εκπομπών της για να υπολογογιστεί η θερμοκρασία του από τον νόμο του Πλανκ, θα καταλήγαμε σε μια δειγματική θερμοκρασία του περίπου 90 Kelvin ή −183°C! Αυτό ονομάζεται η θερμοκρασία ακτινοβολίας του θαλασσινού νερού, πολύ είναι πολύ λιγότερο από τη θερμοκρασία που μετριέται με θερμόμετρο, Είναι συνέπεια της χαμηλής εκπομπής του θαλασσινού νερού.
Τα έλαια είναι ακόμη λιγότερο ιδανικοί εκπομποί των μαύρων σώματων: είναι σχεδόν διαφανές σε συχνότητες μικροκυμάτων! Ως εκ τούτου, οι θερμικές εκπομπές του πετρελαίου στην επιφάνεια της θάλασσας είναι αμελητέες. Η ακτινοβολία που εκπέμπεται από το θαλασσινό νερό σε βάθος μεταδίδεται μέσω του πετρελαίου, αλλά επίσης εν μέρει αντανακλάται στη διεπαφή πετρελαίου με την ατμόσφαιρα. Προκαλεί ως αποτέλεσμα μια επίδραση που εμείς γνωρίζουμε από τις λεπτές στρώσεις του πετρελαίου της τάξης του 1 μm πάχος πάνω στο νερό μέσα στο φως του ήλιου: Οι χρωματιστές παρυφές παρεμβολών φαίνονται λόγω της εποικοδομητικής και καταστρεπτικής επαλληλίας των κυμάτων φωτός!
Πηγή: Wikimedia Commons.
Λεπτές στρώσεις με πάχος στο φάσμα μm προκαλούν παρεμβολές παρυφών με το ηλιακό φως που έχουν μήκη κύματος της τάξης του 0,5 μm. Τα ίδια αποτελέσματα αναμένονται με πολύ παχύτερα στρώματα του πετρελαίου στο εύρος του χιλιοστόμετρου μέχρι του εκατοστού και με ακτινοβολία μικροκυμάτων στα μήκη κύματος της ίδιας τάξης. Αυτό ανοίγει το δρόμο για την ανίχνευση πετρελαίου στην επιφάνεια του νερού!
