กิจกรรม การตีความภาพถ่ายสิ่งปกคลุมพื้นผิว

จุดประสงค์
           การจำแนกสิ่งปกคลุมพื้นผิวโลก ด้วยการตีความภาพถ่ายดาวเทียมในย่านแสงที่ตามองเห็น (Visible light) และรังสีอินฟราเรด

สาระสำคัญ
           พื้นผิวของโลกปกคลุมด้วยวัสดุต่างๆ มากมายหลายประเภท เช่น น้ำ ดิน หิน ทุ่งหญ้า เนื่องด้วยวัสดุแต่ละชนิดมีความสามารถในการดูดกลืนและสะท้อนรังสีแต่ละความถี่ไม่เท่ากัน เราจึงมองเห็นวัสดุต่างๆ มีสีสันแตกต่างกันออกไป นอกจากนั้นวัสดุยังมีการแผ่รังสีในช่วงความยาวคลื่นต่างๆ อีกด้วย เช่น เหล็กร้อนแผ่รังสีเป็นแสงสีน้ำเงิน ต้นไม้แผ่รังสีอินฟราเรดซึ่งมนุษย์มองไม่เห็น น้ำดูดกลืนทั้งแสงแดดและรังสีอินฟราเรด ดังนั้นในการจำแนกประเภทของสิ่งปกคลุมพื้นผิวของโลก นักวิทยาศาสตร์จึงนิยมทำการศึกษาด้วยภาพถ่ายดาวเทียม 2 ประเภทคือ ภาพถ่ายสีจริง (True color) ซึ่งเป็นการบันทึกภาพตามธรรมชาติ อันประกอบด้วยแม่สีทั้งสามที่ตามองเห็นคือ แดง เขียว น้ำเงิน (RGB) และภาพถ่ายสีเท็จ (False color) ซึ่งเป็นการบันทึกรังสีอินฟราเรดแล้วแสดงด้วยสีที่ตามองเห็น

เวลาที่ใช้ 1 คาบเรียน

ระดับชั้นเรียน ประถมปลาย - มัธยมต้น

แนวความคิดหลักที่สำคัญ
           การจำแนกสิ่งปกคลุมพื้นผิว
           รังสีที่ตามองเห็น (Visible light)
           รังสีอินฟราเรด
           ภาพถ่ายสีจริง (True color)
           ภาพถ่ายสีเท็จ (False color)

ทักษะ
           การสังเกต
           การตีความภาพถ่ายดาวเทียมวัสดุและอุปกรณ์ท ภาพถ่ายดาวเทียมแลนแซท True color
           ภาพถ่ายดาวเทียมแลนแซท False colorท แผ่นใสขนาด A4
           ปากกาเขียนแผ่นใสชนิดลบด้วยน้ำได้ จำนวน 3 สี เป็นอย่างน้อยท เครื่องฉายแผ่นใส


ความรู้เบื้องต้น
          1. รังสีที่ตามองเห็น (Visible light) เช่น แสงแดด เป็นคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าชนิดหนึ่งที่สังเกตได้ด้วยตาเปล่า ประกอบด้วย แสงสีต่างๆ ซึ่งมีความยาวคลื่นไม่เท่ากัน เช่น สีม่วงมีความยาวคลื่น 400 นาโนเมตร (1 นาโนเมตร = 1/ พันล้านเมตร) สีเขียวมีความยาวคลื่น 550 นาโนเมตร สีแดงมีความยาวคลื่น 700 นาโนเมตร ส่วนรังสีที่มีความยาวคลื่นมากกว่าสีแดงนั้นเรามองไม่เห็น เป็นต้นว่า รังสีอินฟราเรดซึ่งมีความยาวคลื่นอยู่ในช่วง 700 นาโนเมตร – 1 มิลลิเมตร

          2. วัตถุทุกชนิดมีความสามารถในการดูดกลืนและสะท้อนรังสีไม่เท่ากัน เป็นต้นว่า คอนกรีตสะท้อนรังสีที่ตามองเห็นทั้งหมดเราจึงมองเห็นเป็นสีขาว ต้นไม้ดูดกลืนแสงสีน้ำเงินและสีแดงได้ดีเราจึงมองเห็นเป็นสีเขียว

          3. วัตถุทุกชนิดมีพลังงานในตัวเอง (อิเล็กตรอนโคจรรอบนิวเคลียส) จึงมีความสามารถในการแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า วัตถุที่มีพลังงานสูงจะแผ่รังสีคลื่นสั้น เช่น ก๊าซร้อนให้แสงสีน้ำเงิน ส่วนสิ่งมีชีวิตมีอุณหภูมิต่ำแผ่รังสีอินฟราเรด เช่น ต้นไม้ หญ้า

          4. ภาพสีจริง (True color) เกิดจากผสมแม่สีทั้งสามได้แก่ สีแดง สีเขียว และสีน้ำเงิน (RGB) เช่น สีม่วงเกิดจากสีแดงรวมกับสีน้ำเงิน สีขาวเกิดจากการรวมแม่สีทั้งสามเข้าด้วยกัน

          5. ภาพสีเท็จ (False color) ในภาพถ่ายดาวเทียมแลนแซทที่ใช้ในแบบฝึกหัดนี้ เกิดจากการใช้แม่สีแดงแทนรังสีอินฟราเรด ส่วนแม่สีที่เหลือยังคงเป็นสีเขียวและสีน้ำเงินตามจริง ดังนั้นพื้นที่สีแดงในภาพสีเท็จจึงแสดงพื้นที่ของพืชพรรณ (คลอโรฟิลล์) ซึ่งให้กำเนิดรังสีอินฟราเรดนั่นเอง

          6. การศึกษาวิเคราะห์ภาพสีเท็จประกอบกับภาพสีจริง จะช่วยในการตีความจำแนกประเภทของสิ่งปกคลุมพื้นผิว

วิธีปฏิบัติ
          1. แบ่งนักเรียนออกเป็นกลุ่มๆ ละ 2 - 3 คน
          2. แจกภาพถ่ายดาวเทียมสีจริง (True color) พร้อมแผ่นใส และปากกาเขียนแผ่นใส ให้นักเรียนแต่ละกลุ่ม
          3. ให้นักเรียนวาดเส้นรอบขอบ (Outline) พื้นที่ที่คิดว่าเป็นสิ่งปกคลุมชนิดเดียวกัน เช่น ถนน แม่น้ำ อาคาร สวน ทุ่งหญ้า
          4. แจกภาพสีเท็จ (False color) และทำซ้ำดังเช่น ข้อ 3.
          5. ให้นักเรียนระบุว่าสิ่งปกคลุมพื้นผิวแต่ละประเภทคืออะไร โดยเขียนกำกับลงไปในแผ่นใส
          6. สุ่มตัวอย่าง ให้นักเรียนนำแผ่นใสออกมานำเสนอให้เพื่อนในห้องดู
          7. คุณครูนำอภิปรายถึง ประโยชน์ของการใช้ภาพถ่ายสีเท็จในการศึกษาประเภทของสิ่งปกคลุมพื้นผิว เป็นต้นว่า รังสีอินฟราเรดช่วยในการตีความพื้นที่การเกษตรและผิวน้ำ แสงที่ตามองเห็นช่วยในการตีความสิ่งปลูกสร้างเช่น อาคาร และถนน