El Espectro Electromagnético

Hola y bienvenido.

Esta semana vamos a sumergirnos en el espectro electromagnético. Veremos que és y conoceremos sus propiedades. Esto nos ayudará a comprender mejor cómo funcionan los satélites y qué tipo de datos capturan.

¿Qué es el espectro electromagnético?

Para entender el tipo de dato que capturan los satélites, primero hay que entender de dónde provienen esos datos.

La radiación electromagnética se encuentra en nuestro alrededor, desde la luz que estas viendo ahora mismo, hasta la señal de tu teléfono móvil y la música de la radio.

Las longitudes de onda de las ondas electromagnéticas varían mucho. Las ondas de radio tienen longitudes de ondas largas de varios kilómetros y pueden viajar largas distancias. Los rayos Gamma tienen longitudes de onda muy cortas que recorren pequeñas distancias. La luz visible se encuentra entre estos dos extremos.

Comprender este gráfico es importante para entender los diferentes tipos de luz en el espectro.

Luz visible

La luz visible describe toda la luz que tus ojos pueden ver. Cada color coincide con una porción particular del espectro electromagnético. El espectro se refiere a la longitud de onda de cada partícula de luz, esto significa que cada color tiene una longitud de onda diferente. La longitud de onda se define por la distancia entre cada peak de una onda de luz. Esta es una distancia muy corta de la luz visible, medida en nanómetros.

Los colores con longitudes de onda largas como el rojo son menos energéticos que los de longitudes de onda cortas como el violeta, lo que significa que hay menos ondas que transportan energía en un momento dado para la luz roja que para la violeta.

Infrarrojo

Ir más allá de la luz visible nos lleva al infrarrojo. La luz infrarroja no es visible para los humanos y tiene menos energía que la luz roja, pero es muy útil para obtener imágenes, especialmente cuando se monitorea la vegetación. Esto se debe a que la energía térmica a menudo se irradia con el infrarrojo. Al configurar un sensor pasivo sensible a los cambios en la luz infrarroja, podemos crear una imagen térmica.

Microondas y ondas de radio

Al seguir avanzando en el espectro, se revelan las microondas y las ondas de radio. Los microondas nos ayudan a calentar los alimentos. Sus longitudes de onda coinciden con el tamaño de las moléculas de agua de nuestros alimentos. Así que cuando chocan con estas moléculas, transfieren su energía a la comida y la calientan.

Las ondas de radio tienen una longitud de onda aún más larga y, por lo tanto, menos energía. Esto significa que pueden viajar largas distancias sin ser obstruidos por obstáculos como edificios.

Ultravioleta, rayos X y Gamma

Por último, en el otro lado del espectro de la luz visible están los rayos UV ultravioletas, rayos X y rayos gamma. Estas formas hiper-energéticas de luz no son visibles para los humanos. Sin embargo, algunas longitudes de onda, como la luz UV, son visibles para los animales o insectos. Por ejemplo, las abejas utilizan el espectro UV para determinar qué plantas visitar.

Las pequeñas longitudes de onda permiten que este tipo de rayos atraviesen algunos objetos y así es como se obtienen las imágenes de rayos X. Si bien estos tipos de rayos pueden penetrar algunos objetos, debido a su corta longitud de onda, no pueden penetrar muy profundamente, ya que chocan rápidamente contra otras y se disipan. Esto significa que estas bandas no son útiles para la teledetección desde grandes distancias, ya que la mayoría son absorbidas por la atmósfera terrestre.

Muy bien. Ya conoces qué es el espectro electromagnético. Ahora veremos cómo se aplican a los procesos agrícolas.

Respuesta espectral del suelo y la vegetación

La teledetección que se utiliza para la agricultura utiliza la longitud de onda que van desde el espectro visible hasta el infrarrojo. Esos son los rangos de longitudes de ondas que nos interesan y que podemos usar para medir diferentes aspectos del suelo y de la vegetación.

Reflectancia del suelo

En el caso del suelo, la intensidad del reflejo es relativamente baja para todas las bandas visibles y aumentan hacia el infrarrojo. Los suelos arenosos tienen mayor reflejo de la luz (se ven más claros) que los arcillosos. Mientras que a mayor contenido de materia orgánica más oscuro se verá el suelo y menos reflejarán la radiación.

Reflejo de la vegetación

En el caso de la vegetación, las hojas de las plantas absorben mucha más luz roja que la azul o verde. La más importante de este espectro es el infrarrojo cercano porque las plantas reflejan la luz mucho más en este espectro. Esto permite que los sensores de infrarrojo cercano monitoreen la salud de la vegetación desde el espacio.

La parte roja y azul de la luz es la energía con la cual la planta hace fotosíntesis. Por esta razón las plantas son para nuestros ojos de color verde porque se quedan con el rojo y azul y rechazan la parte verde de la luz. El infrarrojo actúa con la parte estructural de la planta y refleja mucho cuando la planta está sana.

Gracias a esto es que la teledetección puede ayudar a detectar muchos problemas. Cuando la vegetación se enferma este patrón cambia y gracias a esto podemos determinar que la planta tiene algún tipo de problema.

Cuando la planta comienza a enfermar pierde clorofila, lo que hace que se refleje menos en el infrarrojo cercano. Si la planta se enferma además pierde agua, por lo que se torna más brillante.

En consecuencia, una planta enferma tiene dos comportamientos desde el punto de vista de la longitud de onda:

• Si la miramos con los infrarrojos medios, cercano al rojo visible, se va poniendo cada vez más brillante (refleja más) porque comienza a perder agua.

• En cambio, si la vemos con el infrarrojo cercano, la planta se va poniendo cada vez más oscura (refleja menos) porque tiene menos clorofila.

Índices de vegetación

De esta forma, con la teledetección podemos identificar los cambios que van ocurriendo de la vegetación y detectar posibles problemas.

Para simplificar este análisis, investigadores y científicos desarrollaron los índices de vegetación. Estos índices son combinaciones de bandas del espectro visible y del infrarrojo. Cada uno de ellos fue desarrollado para entregar información estandarizada acerca de las características del suelo, el estado de las plantas, de su humedad, vigor, actividad fotosintética, temperatura o tamaño de la cobertura vegetal.

Así los índices de vegetación nos permite observar el estado de la vegetación de un cultivo. Podemos ver si la vegetación está sana, en crecimiento o si hay escasa vegetación o suelo desnudo.

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