Mit árulnak el rólunk a bolygónk éjszakai féltekéje fölött készült műholdas fényképek?
Éjszaka a Föld egészen más arcát mutatja a világűrből, mint napfényben. A nappal jól felismerhető kontinensek, folyók és hegyvidékek sötétbe borulnak, miközben a mesterséges fények hálózata kirajzolja, hol élnek emberek, merre húzódnak az utak, hol vannak ipari területek és mely térségek kapcsolódnak szorosan egymáshoz. A műholdas éjszakai fényképek azonban nem csupán látványosak: fontos információkat szolgáltathatnak a gazdasági aktivitásról, a városok terjeszkedéséről és természeti katasztrófák hatásairól is. Az Európai Bizottság Közös Kutatóközpontja (Joint Research Centre, JRC) által koordinált Global Human Settlement Layer (GHSL) és a kínai SDGSAT-1 műhold adatainak együttes elemzésével most olyan új térképek készültek, amelyek minden korábbinál részletesebben mutatják meg Európa éjszakai fényeit.
Az éjszakai fények műholdas megfigyelése persze nem új ötlet (az Űrvilág korábbi hírei között is szerepeltek ilyen beszámolók, egy bőséges gyűjteményük elérhető a kapcsolódó linkeknél, a lap alján). A kutatók évtizedek óta használják a mesterséges világítás mennyiségét például a városi terjeszkedés vagy a gazdasági aktivitás közelítő mérésére. A világítás megjelenése olyan helyeken is fontos jelző lehet, ahol kevés vagy egyáltalán nincs megbízható statisztikai adat.
A korábbi globális adatok egyik legfontosabb forrása az amerikai NASA és NOAA 2011-ben indított Suomi NPP műholdjának Visible Infrared Imager Radiometer Suite (VIIRS) műszere volt. Ennek egyik érzékelője ideális körülmények között kb. 750 m-es térbeli felbontással képes megfigyelni az éjszakai fényeket. Ez alkalmas kontinensnyi vagy országos léptékű vizsgálatokra, de egy városon belül már nem elég: például egy autópálya-csomópont és a mellette fekvő lakónegyed könnyen egyetlen fényes folttá olvad össze.
A 2021-ben felbocsátott kínai SDGSAT-1 ezen a téren jelentős előrelépést hozott. A műhold egyik különleges műszere a Glimmer Imager for Urbanisation (GIU), amelyet a mesterséges éjszakai fények megfigyelésére terveztek. A műhold tehát kifejezetten az emberi tevékenység hatásait figyeli. A GIU a látható fény három sávjában – vörös, zöld és kék – 40 m-es, egy szélesebb, pánkromatikus (fekete-fehér) sávban pedig 10 m-es felszíni felbontást biztosít. Ez nagyságrendi javulás a korábbi globális éjszakai fénytérképekhez képest. Részletesebben elkülöníthetők a város egyes részei és a különböző mesterséges fényforrások is.
A GHSL kutatói elsőként egy mintegy 120 ezer km²-es észak-olaszországi területen, az Alpoktól az Adriai-tengerig tesztelték, hogyan lehet ezekből a nagy felbontású felvételekből megbízható éves éjszakai fénytérképeket készíteni. A terület kifejezetten alkalmas erre, hiszen egyszerre található rajta sűrűn lakott városi környezet, ipari terület, közlekedési infrastruktúra, mezőgazdasági táj, valamint az Alpok havas vidéke. Az eredmények a Remote Sensing of Environment című folyóiratban közölt tanulmányban jelentek meg.
Elsőre azt gondolhatnánk, hogy a feladat egyszerű: ha egy helyről több éjszakai műholdfelvételünk van, csak ki kell választani a legfényesebbet. Csakhogy ez hibás eredményhez vezethet. A felhőtakaró tetejéről például visszaverődhet a Hold fénye, és ettől egy egyébként sötét terület sokkal fényesebbnek látszhat. Hasonló problémát okozhat a hóval borított felszín az Alpokban. A köd és a légköri pára szintén módosíthatja a műhold által érzékelt fényt, amely így nem a felszínre és a mesterséges megvilágításra lesz jellemző.
A szakemberek ezért egy új eljárást alkalmaztak, amelynek lényege, hogy nem azt a képet választják ki, amelyen a terület a legfényesebb, hanem azt, amelyen a felszíni struktúrák a legtisztábban láthatók. Az algoritmus az éles határokat, a kontrasztokat és a felismerhető mintázatokat keresi. Így egy város valódi fényei előnybe kerülnek a felhők vagy a havas hegyek holdfény okozta ragyogásával szemben. Ennek eredményeként a kutatók éves kompozitokat tudtak létrehozni, amelyek sokkal stabilabban hasonlíthatók össze egymással.
A különbség különösen látványos városi környezetben. A nagyobb felbontású SDGSAT-1 adatokból készült képeken például Milánó egyes városrészei, közlekedési útvonalai és repülőtere is felismerhető, miközben a korábbi, durvább felbontású adatokon mindez lényegében egyetlen nagy fényfolttá olvadt össze. Ez azért fontos, mert a fények eloszlása önmagában is információt hordoz. Más jellegű mintázatot ad egy sűrű lakónegyed, egy ipari komplexum, egy autópálya vagy egy repülőtér. A kutatók ezért a fényforrásokat és a településszerkezetet összekapcsolva részletesebb képet kaphatnak arról, hogyan működik egy település éjszaka.
Ez egyben jól kiegészíti a nappali műholdas földmegfigyelési adatokat. Ugyanis a nappali és az éjszakai Földről készített felvételek együtt adják ki a teljes képet. A GHSL az európai Copernicus program radaros Sentinel-1 és optikai Sentinel-2 műholdjai, valamint népszámlálási adatok segítségével világszerte feltérképezi az emberi településeket. A rendszer különböző adatbázisai megmutatják például, hogy hol találhatók beépített területek, hogyan oszlik el a népesség, illetve milyen jellegűek a települések. Ezek az adatok fontos szerepet játszanak a városok és vidéki térségek egységes osztályozásában, az ENSZ fenntartható fejlődési céljainak (Sustainable Development Goals, SDG – nem véletlenül szerepel ez a betűsor az SDGSAT-1 nevében) nyomon követésében és a katasztrófakockázatok elemzésében. A nappali műholdképek azonban elsősorban a fizikai infrastruktúrát mutatják: épületeket, utakat és egyéb felszíni objektumokat. Az éjszakai fények ehhez egy új dimenziót adnak: azt, hogy mi működik, mi van használatban, és hol van tényleges emberi aktivitás.
Az adatbázis egyik legfontosabb alkalmazási területe a katasztrófák hatásai elleni védekezés. Egy nagy földrengés, árvíz, vihar vagy más természeti katasztrófa után a műholdak segítségével össze lehet hasonlítani a terület állapotát a katasztrófa előtti helyzettel. Ha például egy városrészben hirtelen eltűnnek az éjszakai fények, az jelezheti, hogy megsérült a villamosenergia-hálózat. A nagy felbontású, stabil éves alapállapot ezért afféle referencia-térképként szolgálhat. A katasztrófa utáni felvétellel összehasonlítva nemcsak azt lehet megállapítani, hogy hol történtek változások, hanem azt is, hogy mely területeken állt helyre az energiaellátás, illetve hol tartós még a kiesés. A GHSL adatait már korábban is használták például a 2023-as törökországi földrengések és a 2022-es pakisztáni árvizek következményeinek értékelésében. A részletes éjszakai fényadatok ehhez új információs réteget adhatnak.
De az éjszakai fények ismerete nemcsak katasztrófák idején érdekes. A mesterséges világítás mennyisége és térbeli eloszlása használható a villamosítás terjedésének, a városi növekedésnek, és bizonyos esetekben a gazdasági aktivitásnak a követésére is. Különösen hasznos lehet ez a módszer olyan térségekben, ahol a hagyományos gazdasági vagy népességi statisztikák ritkák, késve hozzáférhetők, vagy nem kellően részletesek. A műholdak viszont ugyanazzal az egységes módszerrel képesek megfigyelni a különböző országokat és régiókat, így az adatok kalibrálhatók, jól összehasonlíthatók. Természetesen a több fény nem automatikusan jelent nagyobb jólétet, és a kevesebb fény sem feltétlenül jelent fejletlenséget. A világítás függ az energiaáraktól, az energiahatékonyságtól, a közvilágítási politikától, a helyi kultúrától, az ipari tevékenységtől és számos más tényezőtől. Az éjszakai fényt ezért más földmegfigyelési és társadalmi-gazdasági adatokkal együtt érdemes értelmezni.
A projekt egyik fontos eleme, hogy nem egyszerűen egy új térképet készítettek. A kutatók a feldolgozási módszert is nyíltan hozzáférhetővé tették, és az egyes pixelek eredete is visszakövethető ahhoz a műholdfelvételhez, amelyből származnak. Ez tudományos szempontból különösen értékes: ugyanazokat az alapadatokat és ugyanazt az eljárást más kutatók is felhasználhatják, és ellenőrizhetik vagy továbbfejleszthetik az eredményeket. A vizsgálathoz az adatokat az SDGSAT-1 üzemeltetője nyílt programjának keretében díjmentesen biztosította. Ráadásul a módszer nem feltétlenül korlátozódik az SDGSAT-1 adataira: a kutatók szerint az eljárás alkalmazható lehet a Sentinel-2 kísérleti jelleggel végrehajtott éjszakai megfigyelési kampányainak adataira is.
Kapcsolódó cikkek:
A Koreai-félsziget éjjel az ISS-ről
A fényszennyezés feltérképezése a világűrből
Csillagoségbolt-park a Hortobágyon
Bolygónk az űrből (1) – Éjszakai fények
Kapcsolódó link:
