Dasar Fisika Penginderaan Jauh A. Tenaga Elektromagnetik

Dasar Fisika Penginderaan Jauh
A.
Tenaga Elektromagnetik
Tenaga Elektromagnetik adalah paket elektrisitas dan magnetisme yang bergerak dengan
kecepatan sinar pada frekuensi dan panjang gelombang tertentu. Matahari merupakan sumber tenaga
utama elektromagnetik. Sumber tenaga alamiah digunakan dalam penginderaan jauh sistem pasif, sedang
tenaga buatan digunakan dalam penginderaan jauh sistem aktif. Tenaga elektromagnetik tidak tampak
oleh mata. Tenaga tersebut tampak ketika berinteraksi dengan benda. Matahari memancarkan tenaga
elektromagnetik ke segala arah dengan cara radiasi. Radiasi tenaga elektromagnetik berlangsung dengan
cepat dan tetap dan dengan pola gelombang yang harmonik. Tenaga elektromagnetik dapat dibedakan
berdasarkan panjang gelombang maupun berdasarkan frekuensinya. Panjang gelombang adalah jarak
lurus dari puncak gelombang yang satu ke puncak geombang lain yang terdekat.
Frekuensi adalah jumlah siklus gelombang yang melalui satu titik dalam satu detik (Hz). Pembedaan
yang paling umum digunakan untuk tenaga elektromagnetik dlam penginderaan jauh ialah dengan panjang
gelombang (λ). Panjang gelombang lebih banyak digunakan dalam pengunderaan jauh, sedang frekuensi
lebih banyak digunakan dalam teknologi radio (Beckam dalam Sutanto, 1986).
Tabel. Ukuran panjang gelombang
Unit
Simbol
Ekivalen
Kilometer
km
1000 m = 103 m
Meter
m
1 m = 103 m
Sentimeter
cm
0,01 m = 10-2 m
Milimeter
mm
0,001 m = 10-3 m
Mikrometer
μm
0,0000001 m = 10-6 m
Nanometer
nm
10-9 m
Angsometer
A
10-10 m
Pikometer
pm
10-12 m
Sumber: Sabins Jr.,1978; Lintz Jr. dan Simonett, 1976
Keterangan
Ukuran dasar
Ukuran dasar
Ukuran dasar
Ukuran dasar
dulu disebut micron
Ukuran yang umum untuk sinar x
Tabel Macam-macam gelombang elektromagnetik:
Gelombang
gelombang radio
infra merah
cahaya tampak
ultra violet
sinar X
sinar gamma
Panjang gelombang λ
1 mm-10.000 km
0,001-1 mm
400-720 nm
10-400nm
0,01-10 nm
0,0001-0,1 nm
Sinar kosmis tidak termasuk gelombang elektromagnetik; panjang gelombang lebih kecil dari 0,0001
nm. Sinar dengan panjang gelombang besar, yaitu gelombang radio dan infra merah, mempunyai frekuensi
dan tingkat energi yang lebih rendah. Sinar dengan panjang gelombang kecil, ultra violet, sinar x atau sinar
rontgen, dan sinar gamma, mempunyai frekuensi dan tingkat energi yang lebih tinggi.(nafs)
B.
Spektrum Elektromagnetik Untuk Penginderaan Jauh
Tenaga elektromagnetik terdiri dari berkas atau spectrum yang sangat luas, yakni meliputi spectra
kosmik, Gamma, X, ultraviolet, tampak, inframerah, gelombang mikro (microwave). Jumlah total seluruh
spectrum ini disebut spectrum elektromagnetik. Berikut gambar spectrum elektromagnetik, bagian, panjang
gelombang yang membatasinya.
Gambar diatas menjelaskan puncak tenaga matahari yang berupa pantulan terletak pada panjang
gelombang 0,5 μm, sedang puncak tenaga bumi yang berupa pancaran terletak pada panjang gelombang
9,7 μm. Oleh karena itu pengideraan jauh dengan sistem fotografik menggunakan panjang gelombang 0,5
μm atau gelombang tampak dan perluasannya.
1. Jendela Atmosfer
Sinar kosmik, sinar gamma, dan sinar X sulit mencapai bumi karena atmosfer sulit ditembus
olehnya. Atmosfer hanya dapat dilalui atau ditembus oleh sebagian kecil spectrum elektromagnetik.
Bagian-bagian spectrum elektromagnetik yang dapat melalui atmosfer dan mencapai permukaan bumi
disebut jendela atmosfer. Jendela atmosfer yang paling banyak digunakan dalam pengideraan jauh
ialah spektrum tampak yang dibatasi gelombang 0,4 μm hingga 0,7 μm.
Spektrum inframerah yang digunakan untuk penginderaan jauh dengan menggunakan film
sebagai detektornya disebut spectrum inframerah fotografik karena proses perekamannya dengan cara
fotografik. Spektrum infamerah disebut juga spectrum inframerah dekat karena letaknya berdekatan
dengan spectrum tampak. Selain itu disebut juga spectrum inframerah pantulan karena tenaga pada
spectrum ini mencapai sensor setelah dipantulkan oleh objek dipermukaan bumi. Pengenalan objek
pada penginderaan jauh yang menggunakan spectrum ultraviolet, spectrum tampak, dan spectrum
inframerah dekat ialah dengan mendasarkan atas beda pantulan tiap objek terhadap tenaga yang
mengenainya. Batas spectrum inframerah dekat ialah panjang gelombang 1,5 μm, selanjutnya disebut
spectrum inframerah sedang hingga panjang gelombang 5,5 μm dan spectrum inframerah jauh hingga
panjang gelombang 103 μm atau 1 mm (Lindgren, 1985). Jendela atmosfer lain yang lebih besar yaitu
spectrum gelombang mikro, yakni panjang gelombang 0,1 cm hingga 100 cm. Spektrum inilah yang
digunakan dalam penginderaan jauh dengan sistem radar.
2. Hambatan Atmosfer
Tenaga elektromagnetik dalam jendela atmosfer tidak semua dapat mencapai permukaan bumi
secara utuh, karena sebagian daripadanya mengalami hambatan di atmosfer. Hambatan ini disebabkan
oleh butir-butir yang ada di atmosfer seperti debu, uap air, dan gas. Proses penghambatannya terjadi
terutama dalam bentuk serapan, pantulan, dan hamburan. Hamburan ialah pantulan kearah serba beda
yang disebabkan oleh benda yan permukaannya kasar dan bentuknya tak menentu, atau oleh bendabenda kecil yang terserak tak menentu.
Tenaga elektromagnetik sebagian dapat mencapai permukaan bumi diserap oleh objek
dipermukaan bumi, sedang selebihnya dipantulkan oleh objek hingga mencapai sensor yang dipasang
pada pesawat terbang, satelit, atau wahana lainnya. Tiap objek mempunyai karakteristik tersendiri di
dalam menyerap dan memantulkan tenaga yang diterima olehnya. Karakteristik ini disebut karakteristik
spectral. Objek yang banyak memantulkan tenaga elektromagnetik tampak cerah pada citra, sedang
objek yang banyak menyerap tenaga tampak gelap. Pengenalan objek pada citra berdasarkan atas
tingkat kegelapannya disebut rona.
Kendala yang terjadi pada jendela atmosfer bersifat selektif. Kendala yang terjadi pada spectrum
tampak terutama berupa hamburan, sedang pada spectrum inframerah berupa serapan. Hamburan
dapat dibedakan menjadi tiga jenis, yakni hamburan Rayleigh, Mie, non selektif.
a. Hamburan Rayleigh
Hamburan Rayleigh adalah hamburan yang terjadi pada atmosfer yang cerah terutama
mengandung butir-butir gas nitrogen dan oksigen. Hal ini disebabkan oleh butir-butir yang lebih kecil
dari panjang gelombang rata-rata spectrum tampak, yaitu sebesar 0,1 λ atau sedikit lebih besar.
Hamburan Rayleigh terjadi pada tempat yang tinggi, yaitu antara 4500 m hingga 9000 m (Estes dalam
Sutanto, 1994). Efek dari hamburan rayleigh terhadap gelombang biru ini adalah kenampakan warna
biru di langit dan warna merah kuning di sore atau pagi hari.
b. Hamburan Mie
Hamburan mie adalah hamburan hamburan yang terjadi pada atmosfer yang tampak putih hingga
kemerahan disebabkan oleh hamburan butir-butir debu, kabut, asap dan sebagainya yang diameternya
(d) nya sama atau lebih besar dari panjang gelombang rata-rata spectrum tampak. Hamburan Mie
terjadi pada atmosfer bagian bawah, yakni dibawah 15.000 kaki atau 4500 m. Hamburan mie dapat
disebabkan oleh dua sumber penyebab hamburan, yaitu partikel yang berasal dari permukaan bumi dan
partikel akibat berbagai proses reaksi kimiawi pada atmosfer ataupun kondensasi. . Hamburan ini
memunculkan efek kabut di atmosfer (cerah keputihan).
c. Hamburan nonselektif
Hamburan non selektif merupakan hamburan yang menghamburkan hampir seluruh spektrum
tampak di atmosfer. Hamburan non selektif terjadi ketika gelombang elektromagnetik berinteraksi
dengan partikel atmosferik yang berukuran lebih besar dari panjang gelombangnya. Butiran air hujan
dan fragmen es pada awan hujan dapat mengakibatkan hamburan tipe ini. Sinar matahari tidak dapat
menembus awan hujan karena seluruh gelombang tampak terhamburkan oleh partikel-partikel air pada
awan hujan tersebut. Partikel asap, debu, garam dari penguapan air laut, mineral sulfat, nitrat di
atmosfer dapat mengakibatkan hamburan ini.
3. Serapan
Serapan di atmosfer merupakan gangguan yang lebih parah terhadap tenaga elektromagnetik.
Penyebabnya ialah uap air, karbondioksida, dan ozon. Benda yang memiliki serapan yang tinggi
memiliki pantulan yang kecil. Benda yang memiliki pantulan kecil akan terlihat lebih gelap. Contoh, air
merupakan objek yang mempunyai daya serap yang tinggi, sehigga air tampak lebih delap
dibandingkan dengan benda yang lain.