Dasar Fisika Penginderaan Jauh A. Tenaga Elektromagnetik
advertisement
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.
