NASA-wetenschappers geven 's nachts nieuwe wereldkaarten van de aarde vrij, biedt het duidelijkste maar toch samengestelde beeld van de patronen van menselijke nederzettingen op onze planeet.

Satellietbeelden van de aarde 's nachts - vaak 'nachtlichten' genoemd - zijn al bijna 25 jaar een nieuwsgierigheid voor het publiek en een hulpmiddel voor fundamenteel onderzoek. Ze hebben gezorgd voor een brede, mooie foto, laat zien hoe mensen de planeet hebben gevormd en de duisternis hebben verlicht. Geproduceerd om de tien jaar of zo, dergelijke kaarten hebben geleid tot honderden toepassingen in de popcultuur en tientallen economische, sociale wetenschappen en milieuonderzoeksprojecten.

Maar wat zou er gebeuren als de beelden van nachtverlichting jaarlijks zouden kunnen worden bijgewerkt, maandelijks of zelfs dagelijks? Een onderzoeksteam onder leiding van aardwetenschapper Miguel Román van NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, is van plan om dit dit jaar uit te zoeken.

In de jaren sinds de lancering in 2011 van de NASA-NOAA Suomi National Polar-orbiting Partnership (NPP) satelliet, Román en collega's hebben gegevens over nachtverlichting geanalyseerd en nieuwe software en algoritmen ontwikkeld om beelden van nachtverlichting duidelijker te maken, nauwkeuriger en beter beschikbaar. Ze staan ​​nu op het punt om dagelijks high-definition beelden van de aarde 's nachts, en zijn gericht op het vrijgeven van dergelijke gegevens aan de wetenschappelijke gemeenschap later dit jaar.

Sinds collega's van de National Oceanic and Atmospheric Administration en NASA in 2012 een nieuwe Earth at night-kaart hebben uitgebracht Román en teamgenoten van NASA's Earth Observing Satellite Data and Information System (EOSDIS) hebben gewerkt aan het integreren van nachtelijke gegevens in NASA's Global Imagery Browse Services (GIBS) en Worldview-kaarttools. Vrij beschikbaar voor de wetenschappelijke gemeenschap en het publiek via het web, Met GIBS en Worldview kunnen gebruikers binnen enkele uren na satellietverwerving natuurlijke en valse kleurenbeelden van de aarde zien.

Vandaag brengen ze een nieuwe wereldwijde samengestelde kaart van nachtlichten uit, zoals waargenomen in 2016, evenals een herziene versie van de kaart van 2012 (8 MB jpg | 265 MB jpg). De NASA-groep heeft de verschillende manieren onderzocht waarop licht wordt uitgestraald, verstrooid en weerkaatst door het land, atmosferische en oceaanoppervlakken. De belangrijkste uitdaging bij nachtelijke satellietbeeldvorming is rekening te houden met de fasen van de maan, die constant de hoeveelheid licht die op aarde schijnt varieert, hoewel op voorspelbare manieren. Hetzelfde, seizoensgebonden vegetatie, wolken, spuitbussen, sneeuw- en ijsbedekking, en zelfs zwakke atmosferische emissies (zoals airglow en aurora's) veranderen de manier waarop licht in verschillende delen van de wereld wordt waargenomen. De nieuwe kaarten zijn gemaakt met gegevens van alle maanden van elk jaar. Het team schreef code die elke maand de helderste nachtzichten koos, uiteindelijk combineren van maanlicht-vrije en maanlicht-gecorrigeerde gegevens.

Román en collega's hebben teledetectietechnieken ontwikkeld om deze bronnen van vreemd licht uit te filteren, het verzamelen van een beter en consistenter signaal van hoe mensgestuurde patronen en processen veranderen. De verbeterde verwerking brengt Suomi NPP dichter bij zijn volledige potentieel voor het waarnemen van zwak licht tot op de schaal van een geïsoleerde snelweglamp of een vissersboot. Het werkpaardinstrument van de satelliet is de Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS), die fotonen detecteert van licht dat wordt gereflecteerd door het aardoppervlak en de atmosfeer in 22 verschillende golflengten. VIIRS is het eerste satellietinstrument dat kwantitatieve metingen doet van lichtemissies en reflecties, waarmee onderzoekers de intensiteit kunnen onderscheiden, soorten en de bronnen van nachtverlichting over meerdere jaren.

Suomi NPP observeert bijna elke locatie op aarde om ongeveer 13.30 uur. en elke dag om 01.30 uur (lokale tijd), observeren van de planeet in verticale stroken van 3000 kilometer van pool tot pool. VIIRS bevat een speciale "dag-nachtband, " een sensor voor weinig licht die nachtlichten kan onderscheiden met zes keer betere ruimtelijke resolutie en 250 keer betere resolutie van verlichtingsniveaus (dynamisch bereik) dan eerdere nachtwaarnemingssatellieten. En omdat Suomi NPP een civiele wetenschapssatelliet is, de gegevens zijn binnen enkele minuten tot uren na acquisitie vrij beschikbaar voor wetenschappers.

Gewapend met nauwkeurigere nachtelijke milieuproducten, het NASA-team automatiseert nu de verwerking, zodat gebruikers binnen enkele uren na acquisitie nachtelijke beelden kunnen bekijken. Dit heeft het potentieel om op korte termijn weersvoorspellingen en rampenbestrijding te ondersteunen.

"Dankzij VIIRS, we kunnen nu veranderingen op korte termijn volgen die worden veroorzaakt door storingen in de stroomvoorziening, zoals conflicten, stormen, aardbevingen en brownouts, " zei Román. "We kunnen cyclische veranderingen volgen die worden veroorzaakt door terugkerende menselijke activiteiten zoals vakantieverlichting en seizoensmigraties. We kunnen ook geleidelijke veranderingen volgen die worden veroorzaakt door verstedelijking, migratie, economische veranderingen, en elektrificatie. Het feit dat we al deze verschillende aspecten kunnen volgen in het hart van wat een stad definieert, is gewoon verbijsterend."

Bijvoorbeeld, VIIRS ontdekte stroomuitval in de nasleep van orkaan Matthew, een grote storm die eind september 2016 het noordoosten van het Caribisch gebied en het zuidoosten van de Verenigde Staten trof. NASA's Disasters Response-team verstrekte de gegevens aan collega's van het Federal Emergency Management Agency; in de toekomst, nasa, FEMA en het ministerie van Energie hopen kaarten voor stroomuitval te ontwikkelen en de informatie te integreren in herstelinspanningen door eerstehulpverleners.

Het NASA-team voorziet vele andere mogelijke toepassingen door onderzoek, meteorologische en burgergroepen. Bijvoorbeeld, dagelijkse nachtelijke beelden kunnen worden gebruikt om ongereguleerde of niet-gerapporteerde visserij te helpen volgen. Het zou ook kunnen bijdragen aan inspanningen om zee-ijsbewegingen en -concentraties te volgen. Onderzoekers in Puerto Rico zijn van plan de dataset te gebruiken om lichtvervuiling te verminderen en tropische bossen en kustgebieden die kwetsbare ecosystemen ondersteunen te helpen beschermen. En een team van de Verenigde Naties heeft al nachtlichtgegevens gebruikt om de effecten van oorlog op elektrische energie en de verplaatsing van ontheemde bevolkingsgroepen in het door oorlog verscheurde Syrië te volgen.

In een aparte, langetermijnproject, Román werkt samen met collega's van over de hele wereld om de wereldwijde en regionale schattingen van de uitstoot van kooldioxide te verbeteren. Het team van NASA's Global Modeling and Assimilation Office (GMAO) combineert nachtverlichting, gegevens over stedelijk landgebruik, en statistische en modelprojecties van antropogene emissies op manieren die schattingen van bronnen veel nauwkeuriger zouden moeten maken.