لـ «بيئتنا»:د. أحمد الدوسري 

الأقمار الصناعية ترصد ما يقوم به الإنسان لتغيير طبيعة سطح الأرض 

حامد الابراهيم

قال الباحث في إدارة العلوم البيئية والارضية في معهد الكويت للابحاث العلمية الدكتور أحمد إدريس الدوسري  أن الصور الفضائية للأقمار الصناعية ذات الطابع الرقمي ساهمت في رسم خرائط للترسبات السطحية.

واضاف الدوسرى فى لقاء لـــ «بيئتنا» ان الاستشعار عن بعد هو تكنولوجيا جمع المعلومات عن شئ بعيد لا نستطيع لمسه وهو نوعان أحدهما ضوئي والثاني راداري مشيرا  إلى أن هناك أجهزة متخصصة لالتقاط الضوء المرئي من المجال الكهرومغناطيسي ترصد سطح الأرض بصفة مستمرة، منوها إلى أن هناك استخدامات عديدة لصور الاقمار الاصطناعية تساعد العلماء على معرفة ما يقوم به الإنسان لتغيير طبيعة سطح الارض، وفي اللقاء المزيد من التفاصيل.

* هل يمكن أن تشرح لنا ما هو الاستشعار عن بعد؟

الاستشعار عن بعد هو تكنولوجيا لجمع معلومات عن شئ بعيد لا نستطيع لمسه وأحد أفضل الأمثلة هي الأشعة المستخدمة في الطب. فبالاشعة نستطيع أن نعرف ما إذا كان هناك أي كسر في عظام الجسم من غير عملية جراحية. واستطعنا أن نستقطب معلومات عن حالة العظام من غير لمسها،  والصور الأخرى للاستشعار عن بعد هي العيون حيث نبصر والأذان حيث نسمع وحتى الجلد فكلها أنواع الحواس نستخدمها في حياتنا اليومية وهذه الحواس وأجهزتها في جسم الانسان تعطي معلومات عن الحجم والموقع واللون والحرارة، وكذلك التليفزيون حيث أن كاميرا التليفزيون تعمل كجهاز التقاط معلومات وصور تنقلها لاستوديوهات التصوير ومن ثم إلى أجهزة تلفزيون المشاهد،  ومثل هذه الصور الملتقطة بكاميرا التليفزيون فهنالك أجهزة مماثلة على متن الطائرات أو أقمار صناعية تلتقط صور وترسلها لمحطات أرضية للأقمار الصناعية، وبعض هذه الامثلة خرائط الغيوم في كل يوم في نشرة الأخبار في التليفزيون تظهر الصور الفضائية الملتقطة من أقمار صناعية على بعد أو ارتفاع 35.900 كيلو متر عن سطح الأرض، وهنالك أجهزة متخصصة لالتقاط الضوء المرئي من المجال الكهرومغناطيسي وأخرى للأشعة تحت الحمراء بما فيها الأشعة تحت الحمراء الحرارية، وكل هذه الأجهزة والمسماه بالماسح (Scanner) ترصد سطح الأرض باستمرار وأي تغيير يحدث يمكن مقارنته بعمليات رياضية لتحديد نوع وحجم التغيير، وهذه الصور الرقمية لسطح الكرة الأرضية تحول بالحاسب الآلي من معلومات (Data) إلى صور فضائية رقمية لدراستها على شاشة كمبيوتر أو إنتاجها على شكل صور فوتوغرافية، والألوان التي تنتج باستخدام الكبيوتر تسمى ألوان كذابة (Colors flase)  لأن الكمبيوتر لا يعكس الألوان الحقيقية لسطح الكرة الارضية.

وهناك النوع الآخر من الاستشعار عن بعد ألا وهو  الرادار (Radar) والذي يستخدم موجات الراديو ليسجل صوراً للكواكب، بالإضافة إلى نوع آخر من الاستشعار عن بعد الذي يستخدم الموجات الضوئية (Sonar) لرصد ورسم خرائط قاع المحيطات والبحث عن السفن الغارقة، وفي الحقيقية إن الاستشعار عن بعد علم مفيد جداً لاستقطاب أو الحصول على معلومات عن سطح الكرة الأرضية بشكل زمني محدد ومنتظم ويستفاد من صور الأقمار لتستخدم في تقييم المحاصيل الزراعية والبحث عن المعادن وترسبات البترول والاستشعار عن بعد يساعد العلماء والباحثين على معرفة وفهم مايقوم به الإنسان لتغيير طبيعية سطح الأرض واستنزاف مواردها الطبيعية وإنتاج عناصر جديدة تتسبب بتلوث البيئة مما له مردود غير إيجابي، والاستخدامات الاخرى تتمثل في تتبع الحالة الصحية للغابات المهددة بالتلوث ورسم خرائط إتلاف الغابات الأستوائية، وهذا النوع من الدراسات يتم على نطاق القارات مما يتيح بدراسات ذات بعد أشمل، والحقيقية أننا نستطيع معرفة المتغيرات المناخية والبيئية لحقب زمنية في الماضي والتي كان موجوداً على سطح الأرض منذ ملايين السنين خصوصاً ما يتعلق بتحرك القارات.

* ماهي مراحل تطورر الاستشعار عن بعد؟

نظراً لأن الإنسان شغوف بالتعرف أو إلقاء نظرة على الارض كما تراها الطيور فابتكر التحليق بالبراشوت ولا ننسى الدور الذي قام به عباس بن فرناس، ثم المنطاد ثم تصنيع الكاميرا ثم تركيب هذه الكاميرا على طيور كالحمام، بعد ذلك التصوير الجوي حيث استخدمت الطائرات، وفي تلك المرحلة كان التصوير أبيض وأسود ثم تطور وأصبح ملوناً ولكن في الحرب العالمية الثانية أصبحت هناك طرق كثيرة للتخفي والتمويه وخصوصاً باللون تم اختراع التصوير بالأشعة تحت الحمراء وبعد إطلاق القمر الصناعي الروسي عام 1957 أصبح رصد ومراقبة المتغيرات على سطح الارض يراقب من الفضاء بشكل سري حتى عام 1972 عندما أطلق القمر الصناعي Landsat وهذا القمر الصناعي احتوى على أحدث ما توصلت له التكنولوجيا في ذلك الحين، حيث يحمل القمر المساح متعدد الأطياف والذي يلتقط الصور الفضائية الرقمية في عدة نطاقات، ومن هذه النطاقات الضوء المرئي والذي ينقسم إلى أضواء الأزرق والأخضر والأحمر حيث الأول (الأشعة الزرقاء) تمتد طول موجته 0.5-0um و0.6-06um والأحمر 0.7-0.8um والأشعة تحت الحمراء 0.8-1.1um من الشعة الكهرومغناطيسية، ويوفر مثل هذا التوجيه من التصوير الفضاء للعلماء والباحثين طرقا أحدث وأدق في رصد التغيرات المناخية كثقب الأوزون والمتغيرات على سطح الأرض كالغابات وفي مياه البحار والمحيطات، وقد برع الكثير من الباحثين منذ ذلك الوقت في البحث في موارد الأرض كالبترول وغيرها من المعادن كالألمنيوم والذهب، وكذلك برع باحثون آخرون في الكساء الأخضر للأرض ومتابعة اختفاء الغابات واتلافها ومراقبة الحد من ظاهرة التصحر في العالم وتقييم مصائد الاسماك ودراسة حرارة المحيطات وتأثيراتها على المناخ حيث دراسة الاحتباس الحراري العالمي وعلاقته بانصهار الثلوج في المحيط المتجمد الشمالي والبحث في ارتفاع حرارة الأرض بشكل عام ورسم الخرائط لكل معالم الأرض من مدن وأراض قاحلة وغابات وسواحل والشعاب المرجانية وتعداد السكان، والحقيقية لا يفسح المجال في هذا الوقت أن نغطي جميع استخدامات أو تطبيقات الأقمار الصناعية والجدير بالذكر أن القمر الصناعي لاندسات إم إس إس أول قمر صناعي يخدم الأغراض العلمية والمدنية ويستطيع أي معهد يعمل في مجال الأبحاث أو اقتناء هذه الصور الفضائية الرقمية وتحليلها بالحاسب الآلي (الكمبيوتر).

وفي عام 1948 أطلق القمر الصناعي الجديد لاندسات بماسح جديد يسمى الثماتك مابر والاختلاف بين الماسح Miss  والــ Tm  هو أن Mss  يرصد كل جسم على سطح الأرض طوله 79 متراً وعرضه 82 متراً في الأربع نطاقات للماسح ولكن الماسح الــ TM يحتوي على سبع نطاقات ويحتل كل منها جزء من الأشعة الكهرومغناطيسية كما يلي: الضوء المرئي وينقسم إلى ثلاث أشعات الأشعة الأولى أو الضوء الأزرق والأخضر والأحمر والأشعة تحت الحمراء القريبة والأشعة تحت الحمراء والمتوسطة والأشعة الحرارية وأخيراً الأشعة السابعة أو النطاق السابع لهذا الماسح هو الأشعة تحت الحمراء البعيد، وهذه مميزات في مجال دقة تسجيل أحد الموجه المنعكسة من سطح الأرض، ولكن هنالك تطوراً آخر في مجال دقة رصد الأجسام أوبمعنى آخر دقة رصد والمراقبة المساحي والذي يمكن الباحثين من دراسة أي جسم حجمه 30 متر في 30 متر وأن المساحة الجديدة (TM) أحدثت ثورة فعلاً في العلوم والأبحاث في طرق تحليل الصور الرقمية للأقمار الصناعية حيث تم تطوير الكثير من البرامج التي تتخصص في تحليل الصور مثل برامج ENVI  - PCI   وغيرها التي تستهوي المنتج.

والثورة لم تكن في مجال المبرمجات فقط ولكن في تطبيقات الاستشعار عن بعد حيث أخذ الباحثون في ابتكار طرق جديدة لتحليل شئ ما يثير فضولهم والتعرف على ميزات جسم ودراسة تفاعلاته مع الإشعاعات المختلفة للمجال الكهرومغناطيسي والدليل على ذلك هو الكم الهائل للمنشورات وكذلك اتجاه الجامعات في كا انحاء العالم بتدريب وتدريس علم الاستشعار عن بعد، وأكبر دليل على ذلك أن جامعة الكويت تدرس الاستشعار عن بعد في كلية الهندسية وقسم الفيزياء وقسم علوم الأرض والبيئة وقسم الجغرافيا وأن ذلك يدل على وعي متخذي القرار في تلك الأقسام بما فيها معهد الكويت للأبحاث العلمية والهيئة العامة للبيئة والمحاولة في استخدام أحدث تكنولوجيا متوفرة لتطبيقها واستخدامها بأغراض مختلفة في دولة الكويت، حيث يتم توفير الجهد والطاقة المبذولة مما يقلل تكلفة عمل أي دراسة يطبق فيها الاستشعار عن بعد.

* ماهي الأبحاث التي يقوم بها معهد الكويت للأبحاث العلمية في هذا المجال؟

المعهد قام برسم خرائط للترسبات السطحية للكويت باستخدام الصور الفضائية للأقمار الصناعية ذات الطابع الرقمي وذلك في عام 1984، وبعد التحرير من الغزو العراقي وتفجير أكثر من 700 بئر نفط وحدوث الكارثة البيئية على الكويت والتي تعتبر من أكبر الكوارث البيئية في العالم قام المعهد بالتعاون مع مركز الاستشعار عن بعد في جامعة بوسطن وبتمويل من مؤسسة الكويت للتقدم العلمي بعمل دراسة لتقييم الدمار البيئ على الصحراء والسواحل الكويتية باستخدام الاستشعار عن بعد تم استخدام القمر الصناعي الامريكي لاندسات والقمر الصناعي الفرنسي سبوت وبعد ذلك قام المعهد بعمل دراسة انتهت في عام 2000 حيث تم دراسة التغيرات على طبقة التاركوريت (طبقة ترسبات قطرات البترول غير المحترق على سطح الصحراء) وبذلك تم رصد التغيرات في هذه الطبقة خلال العقد الماضي باستخدام الدمج بين الاستشعار عن بعد ونظم المعلومات الجغرافية ومازال معهد الكويت للآبحاث العلمية مستمراً في تطبيق الاستشعار عن بعد في مجالات بحثية كثيرة ومختلفة.

* ماهي استخدامات الاستشعار عن بعد؟

استخدمت تقنية الاستشعار عن بعد في كثير من علوم الأرض والبيئة، وتطور هذا العلم تطوراً ملحوظاً خلال العقدين الأخيرين من الزمان ما ساعد في فهم وتحليل طبيعة سطح الأرض ومكوناته الكيمايائية والبيولوجية، وأعطى القدرة على التفريق بين مختلف سطوح الأرض والتعرف على مميزات طبيعة أشكالها وتضاريسها بشكل أدق مما كان عليه في وقت مضى.

ومصطلح الاستشعار عن بعد يعني جمع معلومات عن جسم معين من على بعد مسافة طويلة في منطقة ما، يتم ذلك بواسطة جهاز محمول على متن طائرة أو مكوك فضاء أو سطح الأرض (طبيعية أو اصطناعية) لها القدرة على عكس أو امتصاص أو اصدار طاقة أشعاعية يمكن رصدها بالجهاز، هذه العلمية تسمى بعملية الاستشعار عن بعد. وهناك نظامان للاستشعار عن بعد الأول وهو استخدام النظام الحيوي كما هو الحال في الرادار والثاني النظام غير الحيوي.

* حدثنا عن النظام الحيوي وغير الحيوي؟

يستخدم النظام الحيوي أشعة في طول موجة معينة من الطاقة حيث يكون المصدر للإرسال والاستقبال، وترسل الأشعة من الجهاز باتجاه أي جسم أو سطح وتصطدم يه فيعكس جزء من هذه الأشعة إلى المصدر مرة أخرى فيتم رصدها بأجهزة الاستشعار عن بعد، ولإيضاح الفكرة أكثر فلنلاحظ ماذا يحدث عند استخدام اكتشاف في الظلام لإضاءة جسم ما نجد أنه يعكس الضوء إلى العين فيتم التعرف عليه.

والرادار أفضل مثال على النظام الحيوي ويعمل على إشعاع من ضوء الميكروويف منه الطيف الكهرومغناطيسي وقد سمى الميكروويف نسبة لطول موجته القصيرة.

يطلق النظام الراداري موجات قصيرة من الطيف الكهرومغناطيسي وعند اصطدامها بقطرات الماء في الجو تتبعثر فتعكس إشارات يتم رصدها بأجهزة الرادارات وهذه هي القاعدة الأساسية لعمل الرادارات المستخدمة في الأرصاد الجوية التي باستطاعتها رصد المطر والثلوج الساقطة من الغيوم والتنبؤ بحالات الطقس.

ويستخدم الرادار في تكوين صور فضائية لسطح الأرض، فيرسل الرادار المحمول على متن طائرة أو مكوك فضائي أو قمر صناعي إشارات من أشعة الراديو إلى أسفل ويغطي الأراضي التي يتم التحليق فوقها، وأثناء عملية التحليق فإن أي سطح مقابل للرادار سوف يعكس للإشارة المرسلة بشكل قوي فيظهر هذا السطح عند تكوين صورة فضائية بلون فاتح أكثر من أي سطح آخر في الصورة الفضائية.

وتساعد الصورة الفضائية المأخوذة من الرادارات في رسم خرائط السطوح والحقول الزراعية والمصارف المائية بشكل وألوان مختلفة في الصور الفضائية.

أما النظام غير الحيوي فيعتمد على الطاقة الإشعاعية المنطلقة من جسم ما، وهذا النوع من الاستشعار عن بعد يستخدم الاشعة المرئية، والاشعة مادون الحمراء والاشعة مادون الحمراء الحرارية والكاميرا أقرب وأقدم مثال لهذا النوع من الاستشعار عن بعد، توضح الأجسام على هيئة ثلاثة أبعاد بواسطة ستريوسكوب ولها قدرة عالية على التوضيح وتلتقط الصور بطرق رأسية أو جانبية والصور الفضائية للأقمار الصناعية تعالج بالحاسب الآلي لتعطي الخواص نفسها التي يعطيها فيلم الاشعة تحت الحمراء. ويتضح من الصور الفضائية للأقمار الصناعية بعد التحليل والمعالجة أن النباتات والأراضي الزراعية تظهر بلون يتدرج من وردي إلى برتقالي وأحمر ثم أحمر غامق حيث صحة النبات ونموه، والأراضي الزراعية وقت الحصاد تظهر في الصورة الفضائية بلون أصفر أو بني، والمناطق السكنية دائما تظهر بلون أزرق فاتح ورمادي والمياه الضلحة بلون أزرق والمياه الأعمق بلون أزرق غامق أو أسود في أعماق المحيطات، وقد تطور التصوير بأنواعه المختلفة بدرجة كبيرة من التصوير بواسطة كاميرات إلى التصوير بالأقمار الصناعية، والتقط المكوك الفضائي صوراً كبيرة جداً لسطح الأرض لرسم طبغرافية الأرض. 

 ماهو نظام المسح؟

إن نظام الاستشعار عن بعد غير الحيوي يشمل الصور الفضائية الناجمة عن نظام المسح الذي قد يكون محمولاً على طائرة أو مركبة تسبح في الفضاء.

ويتم المسح في الاستشعار عن بعد بواسطة جهاز رصد يغطي منطقة معينة من اليمين إلى اليسار ومن الأمام، الإشعاعات بمختلف أنواعها تتجمع وتتركز على عدسة هذا الجهاز الماسح، ومن ثم إلى آلات دقيقة صنعت خصصاً لرصد كل أشعة على حدة وقياس تركيز كل أشعة وتسجل على هيئة أرقام عديدة ما يتيح الفرصة لتحليلها على حاسب آلي، وعند عرض ما تم مسحه على شاشة الحاسب الآلي يتضح تشكيل المنطقة التي تم مسحها بمختلف أشكالها وتضاريسها، ومعظم أنظمة المسح تسخدم نظام ماسح متعددة الأطياف وهذا النوع من الأجهزة يقيس الطاقة بعدة أطياف في الوقت نفسه، وأفضل مثال على ذلك نظام المسح متعدد الأطياف الذي يكون على متن الأقمار الصناعية الأمريكية، وهذا الجهاز يسجل قياسات انعكاس المعلومات في أربع قنوات تحدد بطول موجة معينة من الطيف الكهرومغناطيسي، اما النوع الآخر من الأجهزة الماسحة فتقدم صوراً فضائية مأخوذة من الجزء الحراري من الأشعة مادون الحمراء في الطيف الكهرومغناطيسي، ويتم رصد الصور الفضائية لهذا النوع من الأشعة باعتماد كلي لحرارة الأجسام على سطح الأرض، وكل جسم على سطح الأرض ذي درجة حرارة عالية يرسل أشعة حرارية أكثر من غيره من الأجسام ذي الحرارة العالية يتضح في الصورة الفضائية ذات الأشعة مادون الحمراء الحرارية بلون أفتح من الجسم ذي الحرارة الاقل.

* وماذا عن الاقمار الصناعية؟

مع تطور الأقمار الصناعية التي تحمل أنظمة الاستشعار عن بعد واصبحت توفر معلومات بدلاً من الصور الجوية يمكن تحليلها وتوضيحها بالحاسبات الآلية بشكل دقيق جداً لا يقارن مع الصور الفوتوغرافية المأخوذة من على متن طائرة، أتيحت الفرصة لدراسة مناطق لم يكن بالإمكان دراستها عن طريق الصور الجوية و الأقمار الصناعية المستخدمة في الاستشعار عن بعد تعطي أي منطقة على الأرض في التوقيت نفسه كل مرة، والأقمار الصناعية الأمريكية عادة ما ترصد وتغطي أي منطقة مابين 9.30 و10.30 صباحاً وهذا يعني أن الصور الفضائية للمنطقة نفسها يمكن مقارنتها مع عدة تواريخ مختلفة حيث أن أشعة الشمس تكون متساوية على هذه المنطقة كل مرة يتم فيها مسحها، وأن المجال الفضائي لكل قمر صناعي نظم بحيث تؤخذ صورة فضائية لكل منطقة على سطح الأرض يتم التحليق عليها قبل إعادة تغيير المجال الجوي للقمر الصناعي وهذه العملية تستغرق من يومين إلى سبعة وعشرين يوماً ويعتمد ذلك على مساحة كل منطقة.

أن الجهود العالمية تبذل حالياً في تطوير أقمار صناعية تحتوي على نظام الاستشعار عن بعد لرصد ودراسة متغيرات الكرة الأرضية خلال العقدين المقبلين، وسوف تتم تغطية كل المناطق على سطح الكرة الأرضية ورسم خرائط دقيقة لها لم يكن بالإمكان رسمها بهذه الدقة من قبل.

المصدر : مجلة بيئتنا - الهيئة العامة للبيئة - العدد 99