เคล็ดลับและกลยุทธ์การแปลภาพถ่ายดาวเทียม

ภาพถ่ายดาวเทียมก็เหมือนกับแผนที่ เต็มไปด้วยข้อมูลที่มีประโยชน์และน่าสนใจ หากคุณมี “กุญแจ” สำหรับการอ่าน ภาพเหล่านี้สามารถบอกเราได้ว่ามีการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นกับเมืองมากแค่ไหน ผลผลิตทางการเกษตรเติบโตได้ดีเพียงใด ไฟกำลังลุกไหม้อยู่ที่ไหน หรือพายุใดกำลังจะมา เพื่อปลดล็อกข้อมูลอันมหาศาลในภาพถ่ายดาวเทียม คุณจำเป็นต้อง:

• มองหามาตราส่วน
• มองหาลวดลาย รูปร่าง และพื้นผิว
• กำหนดความหมายของสี (รวมถึงเงา)
• หาให้เจอว่าทิศเหนืออยู่ตรงไหน
• พิจารณาความรู้ที่คุณมีอยู่ก่อนแล้ว

เคล็ดลับข้างต้นมาจากทีมงาน Earth Observatory ซึ่งใช้แนวทางเหล่านี้ในการตีความภาพทุกวัน และจะช่วยให้คุณสามารถทำความเข้าใจและดึงข้อมูลที่มีคุณค่าออกมาจากภาพถ่ายดาวเทียมได้

มองหามาตราส่วน

สิ่งแรก ๆ ที่ผู้คนมักทำเมื่อดูภาพถ่ายดาวเทียม คือพยายามระบุสถานที่ที่คุ้นเคยกับตนเอง เช่น บ้าน โรงเรียน ที่ทำงาน สวนสาธารณะที่ชื่นชอบ แหล่งท่องเที่ยว หรือภูมิประเทศตามธรรมชาติอย่างทะเลสาบ แม่น้ำ หรือแนวสันเขา ภาพถ่ายบางภาพจากดาวเทียมทางทหารหรือดาวเทียมเชิงพาณิชย์มีความละเอียดมากพอที่จะมองเห็นสิ่งเหล่านี้ได้ เนื่องจากดาวเทียมเหล่านี้ซูมเข้าไปในพื้นที่ขนาดเล็กเพื่อเก็บรายละเอียดที่ละเอียดถึงระดับบ้านแต่ละหลังหรือแม้แต่รถยนต์ อย่างไรก็ตาม การทำเช่นนี้มักแลกมาด้วยการสูญเสียภาพรวมของพื้นที่ทั้งหมด

ดาวเทียมของ NASA ใช้วิธีที่ตรงกันข้าม นักวิจัยด้านวิทยาศาสตร์โลกมักต้องการมุมมองแบบมุมกว้างเพื่อดูระบบนิเวศทั้งหมดหรือแนวหน้าของบรรยากาศ ผลลัพธ์คือภาพจาก NASA จะมีรายละเอียดน้อยกว่าแต่ครอบคลุมพื้นที่กว้างกว่า ตั้งแต่ระดับภูมิประเทศ (กว้างประมาณ 185 กิโลเมตร) ไปจนถึงทั้งซีกโลก ระดับของรายละเอียดขึ้นอยู่กับ ความละเอียดเชิงพื้นที่ (spatial resolution) ของดาวเทียม เช่นเดียวกับภาพถ่ายดิจิทัล ภาพถ่ายดาวเทียมประกอบด้วยจุดเล็ก ๆ ที่เรียกว่า พิกเซล ความกว้างของแต่ละพิกเซลคือค่าความละเอียดเชิงพื้นที่ของดาวเทียม

ดาวเทียมเชิงพาณิชย์มีความละเอียดเชิงพื้นที่สูงสุดถึง 50 เซนติเมตรต่อพิกเซล ขณะที่ภาพที่ละเอียดที่สุดจากดาวเทียมของ NASA แสดงพื้นที่ 10 เมตรต่อพิกเซล ส่วนดาวเทียมสภาพอากาศแบบคงที่ (Geostationary) ซึ่งสังเกตทั้งซีกโลกในครั้งเดียว มีรายละเอียดน้อยกว่ามาก โดยมองเห็นในระดับ 1 ถึง 4 กิโลเมตรต่อพิกเซล

ขึ้นอยู่กับความละเอียดของภาพ เมืองหนึ่งอาจเต็มไปด้วยเส้นตารางถนนในภาพถ่ายดาวเทียม หรืออาจเป็นเพียงจุดเล็ก ๆ บนภูมิทัศน์ ก่อนที่คุณจะเริ่มตีความภาพ ควรทราบขนาดมาตราส่วนของภาพก่อน ภาพนี้ครอบคลุมพื้นที่ 1 กิโลเมตรหรือ 100 กิโลเมตร? แสดงรายละเอียดในระดับไหน? ภาพที่เผยแพร่บน Earth Observatory จะมีการระบุสเกลกำกับไว้เสมอ

คุณสามารถเรียนรู้สิ่งต่าง ๆ ได้ในแต่ละระดับสเกล ยกตัวอย่างเช่น เมื่อกำลังติดตามน้ำท่วม มุมมองที่ละเอียดและมีความคมชัดสูงจะแสดงให้เห็นว่าบ้านหรือธุรกิจใดถูกน้ำล้อมรอบ มุมมองในระดับภูมิทัศน์จะแสดงว่าส่วนใดของอำเภอหรือเขตเมืองที่ถูกน้ำท่วม และอาจบ่งบอกแหล่งที่มาของน้ำ มุมมองที่กว้างกว่านั้นจะแสดงทั้งภูมิภาค—เช่น ระบบแม่น้ำที่มีน้ำท่วม หรือแนวเทือกเขาและหุบเขาที่ควบคุมการไหลของน้ำ ส่วนมุมมองในระดับซีกโลกจะแสดงการเคลื่อนตัวของระบบสภาพอากาศที่เชื่อมโยงกับน้ำท่วมเหล่านั้น

มองหาลวดลาย รูปร่าง และพื้นผิว

ถ้าคุณเคยใช้เวลาช่วงบ่ายจินตนาการหาสัตว์หรือรูปร่างต่าง ๆ ในก้อนเมฆ คุณจะรู้ว่ามนุษย์เก่งมากในการมองหาลวดลาย ทักษะนี้มีประโยชน์มากเมื่อใช้ในการตีความภาพถ่ายดาวเทียม เพราะลวดลายที่โดดเด่นสามารถนำไปเทียบกับแผนที่ภายนอกเพื่อระบุลักษณะสำคัญได้

แหล่งน้ำ—เช่น แม่น้ำ ทะเลสาบ และมหาสมุทร—มักเป็นองค์ประกอบที่ระบุได้ง่ายที่สุด เพราะมักมีรูปร่างเฉพาะตัวและปรากฏบนแผนที่

ลวดลายที่ชัดเจนอีกประเภทหนึ่งมาจากการใช้ประโยชน์ที่ดินของมนุษย์ พื้นที่เกษตรกรรมมักมีรูปร่างเรขาคณิต—เช่น วงกลมหรือสี่เหลี่ยม—ที่โดดเด่นตัดกับลวดลายสุ่มตามธรรมชาติ เมื่อมีการตัดไม้ทำลายป่า พื้นที่โล่งมักมีลักษณะเป็นสี่เหลี่ยมจัตุรัส หรือมีเส้นลายก้างปลาเกิดขึ้นตามแนวถนน เส้นตรงใด ๆ ที่ปรากฏในภาพแทบจะมั่นใจได้ว่าเกิดจากมนุษย์ อาจเป็นถนน คลอง หรือเส้นเขตแดนบางอย่างที่เห็นได้จากการใช้ที่ดิน

ธรณีวิทยากำหนดรูปร่างของภูมิประเทศในลักษณะที่มักมองเห็นได้ง่ายจากภาพถ่ายดาวเทียม ภูเขาไฟและปล่องภูเขาไฟมักมีลักษณะเป็นวงกลม ขณะที่เทือกเขามักทอดยาวเป็นเส้นตรงหรือเส้นโค้งเป็นคลื่น ลักษณะทางธรณีวิทยาสร้างพื้นผิวที่มองเห็นได้ เช่น แคนยอนจะปรากฏเป็นเส้นคดเคี้ยวที่มีเงาล้อมรอบ ภูเขาจะดูคล้ายรอยย่นหรือปุ่มนูน

ลักษณะเหล่านี้ยังสามารถส่งผลต่อการก่อตัวของเมฆ โดยการควบคุมการไหลของอากาศในบรรยากาศ ภูเขาบังคับให้อากาศลอยสูงขึ้น ทำให้เย็นตัวและกลายเป็นเมฆ เกาะต่าง ๆ ก่อให้เกิดกระแสปั่นป่วนในอากาศ ทำให้เกิดวงหมุนหรือแนวปั่นป่วนในกลุ่มเมฆ เมื่อคุณเห็นแนวเมฆหรือวงหมุนเหล่านี้ มันเป็นเบาะแสที่บอกถึงลักษณะภูมิประเทศด้านล่าง

บางครั้งเงาสามารถทำให้ยากที่จะบอกความแตกต่างระหว่างภูเขาและแคนยอนได้ ภาพลวงตานี้เรียกว่า “การกลับด้านของภาพนูนต่ำ” (relief inversion) ซึ่งเกิดขึ้นเพราะคนส่วนใหญ่คาดว่าภาพจะมีแสงส่องมาจากมุมซ้ายบน แต่เมื่อแสงอาทิตย์มาจากมุมอื่น (โดยเฉพาะจากขอบล่าง) เงาจะตกในลักษณะที่เราไม่คุ้นเคย และสมองของเราจะตีความหุบเขาเป็นภูเขาเพื่อชดเชย ปัญหานี้มักแก้ไขได้โดยการหมุนภาพให้แสงดูเหมือนมาจากด้านบนของภาพ

การระบุสี

สีในภาพขึ้นอยู่กับประเภทของแสงที่เครื่องมือบนดาวเทียมตรวจจับ ภาพสีจริง (True Color) ใช้แสงที่ตามองเห็นได้—ความยาวคลื่นสีแดง เขียว และน้ำเงิน—ดังนั้นสีจะใกล้เคียงกับที่มนุษย์มองเห็นจากอวกาศ ส่วนภาพสีเทียม (False Color) จะรวมแสงอินฟราเรดและอาจมีสีที่คาดไม่ถึง ในภาพสีจริง ลักษณะทั่วไปจะปรากฏดังนี้

น้ำ

น้ำดูดซับแสง ทำให้โดยปกติจะปรากฏเป็นสีดำหรือสีน้ำเงินเข้ม ตะกอนจะสะท้อนแสงและทำให้น้ำเปลี่ยนสี เมื่อทรายหรือโคลนแขวนลอยมีความหนาแน่น น้ำจะมีสีน้ำตาล เมื่อ ตะกอนกระจายตัว สีของน้ำจะเปลี่ยนเป็นสีเขียวแล้วจึงเป็นสีน้ำเงิน น้ำตื้นที่มีพื้นทรายก็อาจทำให้เกิดเอฟเฟกต์คล้ายกันได้

การสะท้อนของแสงอาทิตย์บนผิวน้ำทำให้น้ำดูเป็นสีเทา เงิน หรือขาว ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า sunglint ซึ่งสามารถทำให้เห็นรายละเอียดของคลื่นหรือคราบน้ำมันได้ชัดเจนขึ้น แต่ในขณะเดียวกันก็อาจบดบังการปรากฏของตะกอนหรือแพลงก์ตอนพืชได้เช่นกัน

น้ำแข็ง—หิมะและน้ำแข็ง— มักมีสีขาว สีเทา และบางครั้งอาจมีสีฟ้าอ่อน สิ่งสกปรกหรือตะกอนธารน้ำแข็งสามารถทำให้หิมะและน้ำแข็งมีสีแทนได้

พืชพรรณ

พืชมีหลายเฉดสีเขียว ซึ่งความแตกต่างเหล่านี้สามารถมองเห็นได้ในภาพสีจริงจากอวกาศ ทุ่งหญ้ามักมีสีเขียวอ่อน ในขณะที่ป่าจะมีสีเขียวเข้มมาก พื้นที่เกษตรกรรมมักมีโทนสีสว่างกว่าพืชพรรณตามธรรมชาติ

ในบางพื้นที่ (ละติจูดสูงและปานกลาง) สีของพืชขึ้นอยู่กับฤดูกาล พืชในฤดูใบไม้ผลิมักมีสีอ่อนกว่าพืชที่หนาแน่นในฤดูร้อน พืชในฤดูใบไม้ร่วงอาจเป็นสีแดง ส้ม เหลือง และแทน ส่วนพืชที่ร่วงโรยและไร้ใบในฤดูหนาวจะเป็นสีน้ำตาล ด้วยเหตุนี้ การทราบเวลาที่ถ่ายภาพจึงเป็นข้อมูลสำคัญในการตีความภาพ

ในมหาสมุทร พืชลอยน้ำอย่าง แพลงก์ตอนพืช (phytoplankton) สามารถทำให้น้ำทะเลมีสีฟ้าหรือเขียวในหลากหลายเฉด ส่วนพืชใต้น้ำ เช่น ป่ากอใหญ่ (kelp forests) อาจทำให้น้ำบริเวณชายฝั่งมีเฉดสีดำหรือสีน้ำตาลคล้ำ

พื้นดินโล่ง

พื้นที่ดินโล่งหรือที่มีพืชพรรณเบาบางมักมีสีน้ำตาลหรือแทนในหลายเฉด สีของดินขึ้นอยู่กับองค์ประกอบแร่ธาตุ ในทะเลทรายบางแห่ง เช่น พื้นที่ห่างไกลในออสเตรเลียและทางตะวันตกเฉียงใต้ของสหรัฐอเมริกา ดินที่โผล่พ้นผิวจะมีสีแดงหรือชมพู เนื่องจากมีสารประกอบออกไซด์ของเหล็ก เช่น ฮีมาไทต์ (มาจากภาษากรีก หมายถึง “คล้ายเลือด”) หากพื้นดินเป็นสีขาวหรือแทนอ่อนมาก โดยเฉพาะในแอ่งทะเลสาบแห้ง แสดงว่ามีแร่ที่มีส่วนประกอบของเกลือ ซิลิกอน หรือแคลเซียม เศษหินภูเขาไฟจะมีสีน้ำตาล เทา หรือดำ ส่วนพื้นที่ที่เพิ่งถูกไฟไหม้จะมีสีน้ำตาลเข้มหรือดำ แต่ร่องรอยการไหม้จะค่อย ๆ จางเป็นสีน้ำตาลก่อนจะหายไปตามกาลเวลา

เมือง

พื้นที่ที่มีสิ่งก่อสร้างหนาแน่นมักมีสีเงินหรือเทาเนื่องจากการกระจุกตัวของคอนกรีตและวัสดุก่อสร้างอื่น ๆ เมืองบางแห่งอาจมีโทนสีน้ำตาลหรือแดงมากกว่า ขึ้นอยู่กับวัสดุที่ใช้ทำหลังคา

บรรยากาศ

เมฆมีสีขาวและสีเทา และมักมีลวดลายพื้นผิวเช่นเดียวกับที่เราเห็นจากพื้นดิน นอกจากนี้เมฆยังทอดเงาสีเข้มลงบนพื้นดินซึ่งสะท้อนรูปทรงของเมฆ บางครั้งเมฆที่อยู่สูงและบางสามารถตรวจพบได้จากเงาที่มันสร้างเท่านั้น

ควันมักมีลักษณะเรียบกว่าก้อนเมฆ และมีสีตั้งแต่สีน้ำตาลไปจนถึงสีเทา ส่วนควันจากการเผาน้ำมันจะมีสีดำ หมอกควันมักไม่มีลักษณะเด่นชัดและมีสีเทาอ่อนหรือขาวหม่น หมอกควันที่หนาแน่นจะทึบแสง แต่สามารถมองทะลุผ่านหมอกควันบาง ๆ ได้ สีของควันหรือหมอกควันมักสะท้อนปริมาณความชื้นและมลพิษทางเคมี อย่างไรก็ตาม บางครั้งไม่สามารถแยกความแตกต่างระหว่างหมอกควันกับหมอกธรรมชาติได้จากภาพถ่ายดาวเทียม หมอกสีขาวอาจเป็นหมอกธรรมชาติ แต่ก็อาจเป็นมลพิษทางอากาศเช่นกัน

ฝุ่นมีสีแตกต่างกันขึ้นอยู่กับแหล่งกำเนิด โดยส่วนใหญ่จะมีสีแทนอ่อน แต่เช่นเดียวกับดิน สามารถมีสีขาว แดง น้ำตาลเข้ม หรือแม้แต่ดำ เนื่องจากความแตกต่างขององค์ประกอบแร่ธาตุ

กลุ่มควันภูเขาไฟก็มีลักษณะแตกต่างกันตามประเภทของการปะทุ กลุ่มไอน้ำและก๊าซจะเป็นสีขาว กลุ่มเถ้าภูเขาไฟจะเป็นสีน้ำตาล ส่วนเถ้าภูเขาไฟที่ถูกพัดฟุ้งขึ้นมาใหม่ก็เป็นสีน้ำตาลเช่นกัน

การตีความสีตามบริบท

เมื่อมองภาพถ่ายดาวเทียม คุณจะเห็นทุกสิ่งที่อยู่ระหว่างดาวเทียมกับพื้นผิวโลก (เช่น เมฆ ฝุ่น หมอกควัน พื้นดิน) ในระนาบเดียวกัน ซึ่งหมายความว่าบริเวณสีขาวที่เห็นอาจเป็นเมฆ แต่ก็อาจเป็นหิมะ ทะเลสาบเกลือ หรือแสงสะท้อนจากผิวน้ำ (sunglint) การใช้บริบท รูปร่าง และพื้นผิวจะช่วยแยกแยะความแตกต่างได้

ตัวอย่างเช่น เงาที่ทอดโดยเมฆหรือภูเขาอาจทำให้สับสนกับลักษณะพื้นผิวมืดอื่น ๆ เช่น น้ำ ป่าไม้ หรือพื้นที่ที่ถูกไฟไหม้ การดูภาพของพื้นที่เดียวกันที่ถ่ายในช่วงเวลาอื่นสามารถช่วยลดความสับสนได้ โดยส่วนใหญ่แล้ว บริบทจะช่วยให้คุณมองเห็นต้นตอของเงา—ว่าเป็นเมฆหรือภูเขา—โดยการเปรียบเทียบรูปร่างของเงากับลักษณะอื่น ๆ ในภาพ

หาทิศเหนือ

เมื่อหลงทาง วิธีที่ง่ายที่สุดคือหาหลักหมุดที่คุ้นเคยและปรับทิศทางของตนเอง เทคนิคเดียวกันนี้ใช้ได้กับภาพถ่ายดาวเทียม หากคุณรู้ว่าทิศเหนืออยู่ตรงไหน คุณก็สามารถระบุได้ว่าเทือกเขานั้นทอดยาวจากเหนือจรดใต้หรือจากตะวันออกไปตะวันตก หรือเมืองตั้งอยู่ทางตะวันออกหรือทางตะวันตกของแม่น้ำ รายละเอียดเหล่านี้ช่วยให้จับคู่ลักษณะในภาพกับแผนที่ได้ บนเว็บไซต์ Earth Observatory ภาพส่วนใหญ่จะจัดเรียงให้ทิศเหนืออยู่ด้านบน และมีลูกศรบอกทิศเหนือในทุกภาพ

ใช้ความรู้เดิมของคุณ

เครื่องมือที่ทรงพลังที่สุดในการตีความภาพถ่ายดาวเทียมคือความรู้เกี่ยวกับพื้นที่นั้น หากคุณรู้ว่ามีไฟป่าไหม้ป่าในปีที่แล้ว คุณก็จะระบุได้ง่ายว่าพื้นที่ป่าสีน้ำตาลเข้มที่เห็นน่าจะเป็นร่องรอยไฟป่า ไม่ใช่ลาวาภูเขาไฟหรือเงา

การมีความรู้ท้องถิ่นช่วยให้คุณเชื่อมโยงการทำแผนที่ด้วยดาวเทียมเข้ากับสิ่งที่เกิดขึ้นในชีวิตประจำวันได้ ตั้งแต่สังคมศึกษา เศรษฐศาสตร์ และประวัติศาสตร์ (เช่น การเติบโตของประชากร การคมนาคม การผลิตอาหาร); ไปจนถึงธรณีวิทยา (กิจกรรมภูเขาไฟ การเคลื่อนตัวของแผ่นเปลือกโลก); ชีววิทยาและนิเวศวิทยา (การเจริญเติบโตของพืชและระบบนิเวศ); การเมืองและวัฒนธรรม (การใช้ที่ดินและแหล่งน้ำ); เคมี (มลพิษทางอากาศ); และสุขภาพ (มลพิษ แหล่งที่อยู่อาศัยของพาหะนำโรค)

ตัวอย่างเช่น ความแตกต่างของกรรมสิทธิ์ในที่ดินและนโยบายการใช้ที่ดินแสดงให้เห็นในภาพคู่ด้านล่าง ในประเทศโปแลนด์ ที่ดินขนาดเล็กที่เป็นกรรมสิทธิ์ส่วนบุคคลล้อมรอบป่า Niepolomice รัฐบาลได้ดูแลป่าแห่งนี้ในลักษณะเป็นผืนเดียวตั้งแต่ศตวรรษที่ 13 แม้ว่าพื้นที่ป่าจะไม่เป็นผืนสีเขียวทึบต่อเนื่อง แต่ป่าส่วนใหญ่ยังคงสมบูรณ์ ภาพล่างแสดงลักษณะคล้ายตารางหมากรุกของที่ดินเอกชนและที่ดินสาธารณะใกล้ป่าแห่งชาติ Okanogan-Wenatchee ในรัฐวอชิงตัน สหรัฐอเมริกา กรมป่าไม้สหรัฐดูแลป่าโดยใช้นโยบายผสมผสาน ซึ่งรักษาป่าส่วนหนึ่งไว้ ขณะที่เปิดพื้นที่บางส่วนให้ทำไม้ได้ พื้นที่สีเขียวอ่อนบ่งบอกว่ามีการทำไม้เกิดขึ้นในที่ดินของรัฐบาลกลาง รัฐ หรือเอกชน ที่ดินเอกชนในส่วนตะวันตกของสหรัฐอเมริกามีขนาดใหญ่กว่ามากเมื่อเทียบกับในโปแลนด์

หากคุณไม่มีความรู้เกี่ยวกับพื้นที่ที่ปรากฏในภาพ แผนที่อ้างอิงหรือแผนที่ในแอตลาสสามารถเป็นประโยชน์อย่างมาก แผนที่จะระบุชื่อของลักษณะต่าง ๆ ที่คุณเห็นในภาพ ทำให้คุณสามารถค้นหาข้อมูลเพิ่มเติมได้ บริการแผนที่ออนไลน์หลายแห่งยังมีมุมมองภาพถ่ายดาวเทียมพร้อมระบุรายละเอียดอีกด้วย แผนที่ประวัติศาสตร์ เช่น ที่พบในหอสมุดรัฐสภาสหรัฐฯ (Library of Congress) หรือในคอลเลกชันแผนที่ของ David Rumsey สามารถช่วยให้คุณระบุการเปลี่ยนแปลง และอาจช่วยให้เข้าใจว่าทำไมการเปลี่ยนแปลงเหล่านั้นจึงเกิดขึ้น

ไม่ว่าคุณจะศึกษาภาพถ่ายโลกเพื่อวิทยาศาสตร์ ประวัติศาสตร์ หรือเหตุผลอื่น ๆ โปรดพิจารณาใช้ Earth Observatory เป็นแหล่งข้อมูลสำคัญ เว็บไซต์นี้มีคลังภาพถ่ายดาวเทียมพร้อมการตีความมากกว่า 12,000 ภาพ ครอบคลุมหัวข้อและสถานที่หลากหลาย คลังนี้รวมถึงภาพเหตุการณ์ธรรมชาติและภาพเด่นอื่น ๆ หาก Earth Observatory ไม่มีภาพของพื้นที่หรือหัวข้อที่คุณสนใจ โปรดแจ้งให้เราทราบ เรากำลังมองหาวิธีใหม่ ๆ อยู่เสมอในการสำรวจโลกของเราจากอวกาศ

อ่านเพิ่มเติม Additional articles and educational activities about interpreting satellite images are available on the NASA Earth Science Week web site, Mapping Our World.