Bắc Mỹ (trên) và Nam Nỹ (dưới) nhìn từ không gian (Ảnh: NASA)

Hình ảnh vệ tinh của Trái đất vào ban đêm, thường được gọi là “ánh sáng đêm” là một nghiên cứu cơ bản đã được thực hiện trong gần 25 năm. Các bản đồ này đã giúp tạo ra hàng trăm ứng dụng văn hoá và hàng chục dự án nghiên cứu kinh tế, khoa học xã hội và nghiên cứu môi trường.

Hiện tại, Nasa có kế hoạch cập nhật bản đồ của Trái Đất vào ban đêm mỗi ngày. Một nhóm nghiên cứu dẫn đầu bởi tiến sĩ Miguel Román – một nhà khoa học Trái đất thuộc Trung tâm Hàng không Vũ trụ Goddard của Nasa tại Greenbelt, Maryland sẽ dành nhiều thời gian để biến mục tiêu này thành hiện thực.

Châu Âu (trên) và châu Á (dưới) vào ban đêm (Ảnh: NASA)

Kể từ khi phóng vệ tinh NPP vào năm 2011, tiến sĩ Roman và các cộng sự đã tiến hành phân tích nhiều dữ liệu về ánh sáng đêm. Họ đã phát triển các phần mềm và thuật toán mới để làm cho hình ảnh về ánh sáng đêm trở nên sáng rõ và chính xác hơn.

Hiện họ đang chuẩn bị cung cấp các hình ảnh của Trái đất vào ban đêm đều đặn mỗi ngày, và đang nhắm đến việc phát hành dữ liệu đó cho cộng đồng khoa học vào cuối năm nay.

Khung cảnh ban đêm của châu Á (phía trên bên trái) và Australia (phía dưới bên phải) (Ảnh: NASA)

Các nhà khoa học thuộc Cục Quản lý Đại dương và Khí quyển Quốc gia và NASA đã phát hành bản đồ Trái đất mới vào ban đêm năm 2012. Kể từ đó, các nhà nghiên cứu đã làm việc cật lực để tích hợp các dữ liệu ban đêm vào các công cụ bản đồ Worldview và GIBS của NASA. Cộng đồng khoa học và công chúng có thể xem miễn phí những hình ảnh này thông qua GIBS và Worldview. Chúng cho phép người dùng xem các hình ảnh màu tự nhiên và màu không thật của Trái đất.

Bằng những cách khác nhau, nhóm nghiên cứu của NASA đã kiểm tra cách ánh sáng chiếu, rải rác và phản xạ xuống mặt đất, bề mặt khí quyển và đại dương. Thách thức chính để tạo ra những hình ảnh vệ tinh ban đêm là tính toán được các giai đoạn của mặt trăng, nó liên tục thay đổi lượng ánh sáng phát sáng trên Trái đất, mặc dù sự thay đổi này có thể đoán được.  Tương tự như vậy, ở những nơi khác nhau trên Trái đất; thảm thực vật theo mùa, mây, tuyết, băng bao phủ, thậm chí khí phát thải của bầu khí quyển (như không khí và cực tím) làm thay đổi cách con người quan sát ánh sáng.

Trung tâm Đại Tây dương và đông bắc Mỹ vào ban đêm (Ảnh: NASA)

Tiến sĩ Román và các đồng nghiệp đã xây dựng các kỹ thuật cảm biến từ xa để lọc ra các nguồn ánh sáng không liên quan. Đồng thời họ cũng thu thập những tín hiệu rõ ràng và nhất quán hơn. Quá trình xử lý được cải tiến sẽ giúp vệ tinh quan sát được các nguồn ánh sáng đang mờ dần của những ngọn đèn trên cao hay thuyền đánh cá.

Dụng cụ đo bức xạ hồng ngoại nhìn thấy được (VIIRS) có thể phát hiện photon của ánh sáng phản xạ từ bề mặt và bầu khí quyển của Trái Đất với 22 bước sóng khác nhau. VIIRS là công cụ vệ tinh đầu tiên thực hiện được các phép đo định lượng phát xạ và phản xạ ánh sáng. Nó cho phép các nhà nghiên cứu phân biệt cường độ, loại và nguồn ánh sáng ban đêm trong các năm.

Sông Nile và khu vực lân cận vào ban đêm năm 2016 (Ảnh: NASA)

Các vệ tinh không gian có thể quan sát gần như mọi vị trí trên trái đất vào khoảng 1 giờ 30 phút chiều và 1 giờ 30 giờ sáng theo giờ địa phương. Chúng cũng theo dõi hành tinh theo dải dọc 1.864 dặm (3000 ki-lô-mét) qua các cực.

VIIRS có một cảm biến ánh sáng yếu mà có thể phân biệt ánh sáng ban đêm với độ phân giải không gian tốt hơn gấp sáu lần. Được trang bị thiết bị cực kì chính xác, nhóm nghiên cứu của NASA hiện đang tự động hoá quá trình xử lý để người dùng có thể xem hình ảnh ban đêm trong vòng vài giờ. Điều này có tiềm năng hỗ trợ dự báo thời tiết ngắn hạn và ứng phó thiên tai.

Tiến sĩ Román cho biết: "Nhờ VIIRS, giờ đây chúng ta có thể giám sát những thay đổi ngắn hạn gây ra bởi những rối loạn trong việc cung cấp năng lượng, chẳng hạn như bão, động đất; giám sát các thay đổi theo chu kỳ do hoạt động của con người. Chúng ta cũng có thể theo dõi sự thay đổi dần dần được tạo ra bởi đô thị hoá, xuất cư, thay đổi kinh tế và điện khí hóa.”

Toàn cảnh Trái đất vào ban đêm năm 2016 (Ảnh: NASA)

Chẳng hạn, VIIRS đã phát hiện ra sự cố mất điện sau cơn bão Matthew - một cơn bão lớn đã tấn công vùng biển đông bắc Caribbean và phía đông nam Hoa Kỳ vào cuối tháng 9/2016. Nhờ đó, nhóm phản ứng thiên tai của NASA có thể cung cấp dữ liệu cho các đồng nghiệp tại Cơ quan Quản lý Khẩn cấp Liên bang.

Trong tương lai, NASA và Bộ Năng lượng hy vọng sẽ có thể phát triển bản đồ cúp điện. Nghiên cứu của nhóm nhà khoa học của NASA có thể được sử dụng vào nhiều mục đích như khí tượng và dân sự. Ví dụ: Hình ảnh vào ban đêm có thể được sử dụng để giúp giám sát hoạt động của những tàu đánh cá không được kiểm soát hoặc mất liên lạc. Nó cũng có thể góp phần vào các nỗ lực theo dõi chuyển động băng biển và nồng độ.