Hva har et gammelt webkamera og en satellitt til felles?
Dette spørsmålet fikk en klasse geofagselever fra Kongsbakken videregående skole bryne seg på da de besøkte UiT Skolelaboratoriet i realfag og teknologi. Svaret kan kanskje hjelpe deg med å finne et helt nytt bruksområde for det gamle webkameraet ditt!
Elektromagnetiske bølger
Før vi avslører sammenhengen, må vi minne oss på at vi lever i en verden av bølger, enten det er mekaniske bølger som lyd eller elektromagnetiske bølger som lys. Bølgene kan svinge med ulike bølgelengder, noe som endrer deres egenskaper.
Robbie Mallett, postdoktor ved UiT Institutt for fysikk og teknologi, forklarer at vi mennesker kan se elektromagnetiske bølger med bølgelengder mellom 400 og 750 nanometer, kjent som synlig lys. «Det menneskelige øye er et effektivt fjernmålingsinstrument innenfor dette spekteret, men vi kan ikke sanse bølger med kortere eller lengre bølgelengder. Dette betyr at vi går glipp av mye informasjon om verden rundt oss».
Heldigvis kan vi utvikle kamera- og målesystemer som hjelper oss med å kartlegge og analysere disse "usynlige" bølgene. Og det er her de gamle webkameraene kommer inn i bildet. Digitale kameraer kan nemlig detektere et langt større spekter av elektromagnetiske bølger enn det synlige lyset. Elevene fikk derfor i oppgave å modifisere et webkamera for å se bølger utenfor det synlige spekteret.
«Skal vi virkelig bryte oss inn i dette webkamera?» spør en av elevene da de får utdelt et kamera, skrujern, tang og saks. På baksiden av kameralinsen finner de et lite rosaskimtene glass.
«Dette glasset blokkerer elektromagnetiske bølger med lengre bølgelengde enn synlig lys», forklarer Mallett. Ved hjelp av en nål fjerner elevene glasset, og kamerabildet på PC-skjermen blir overstrømmet av intenst hvitt lys, et tegn på at flere bølger treffer kameraets sensor.
For å filtrere bort det synlige lyset, klipper elevene til en gammeldags fotofilm og plasserer den mellom linsen og sensoren. Kamerabildet blir nå svart-hvitt, og detaljer i undervisningsrommet blir borte, bare taklamper og vinduer vises. Mallett forklarer at eksponert og fremkalt fotofilm er et effektivt filter for å blokkere synlige lysbølger. «Det er derfor kameraet ikke lenger viser bildet i farger. Vi har rett og slett filtrert bort alle bølgelengdene som vi ser som farger.»
Synliggjort varmestråling
Med fargene og det synlige lyset filtrert bort, viser det modifiserte webkameraet verden opplyst av lengre bølgelengder enn det våre øyne klarer å se. Dette er varmebølger av 800 til 1000 nanometers lengde.
«Stilig! Se hvordan varmen fra loddebolten vises på kamerabildet nå!» roper en av elevene. Mens loddebolten ikke viser noen endring i utseende sett med det blotte øye, lyser den opp i sterkt hvitt på kamerabildet idet den varmes opp.
«Måten dere observerer oppvarmingen av loddebolten på er akkurat hvordan vi forskere observerer oppvarmingen av kloden vår fra satellitter», forteller Mallett elevene. Han utdyper at mange jordobservasjonssatellitter er utstyrt med kamerasystemer som fanger opp langbølget varmestråling, som sendes ut fra jorda. Disse målingene, sammen med informasjon om hvor mye varmestråling jorda mottar fra sola, gjør det mulig å beregne hvordan jorda blir varmere.
Jordobservasjon fra satellitter
Stipendiat Madeleine Östersund, fra samme institutt som Mallett, presiserer at jordobservasjonssatellitter bærer sensorer som tillater kartlegging av mange flere ulike elektromagnetiske bølger. Informasjonen fra de ulike bølgene kan brukes til å kartlegge og overvåke mange ulike ting på jorda, fra vegetasjonstilstanden og geologiske forekomster til flom og oljeutslipp, for å nevne noen.
Akkurat dette fikk geofagselevene så utforske på egen hånd gjennom nettportalen til det Europeiske Copernicus programmet, som gjør jordobservasjonene fra deres satellitter åpen tilgjengelig.
«Det er viktig at elevene skjønner hvordan vi forskere framskaffer data om mange klima- og miljøaspekter ved hjelp av jordobservasjonssatellitter», sir både Mallett og Östersund, og føyer til at «Satellittbilder gir også ikke-fagpersoner mulighet til å observere endringer på kloden vår, selv om mange ting trenger mer avansert metodikk enn å bare se på satellittbilder. Uansett, har vi lyst at elevene kjenner til dette verktøyet for å kunne utforske hva som skjer på planeten vår».
_________________________________________________________________________________________________________________
Slik bygger du om ditt gamle webkamera
Å modifisere et webkamera kan variere i vanskelighetsgrad. Webkameraer med manuelt fokus er generelt lettere å modifisere enn de med autofokus. Uansett kameratype, er målet å få tilgang til baksiden av kameralinsen. Her finner du et filterglass som blokkerer nær-infrarød stråling. Dette glasset må fjernes og erstattes med to lag eksponert og fremkalt fotofilm, eller et annet filter som blokkerer synlig lys. Sjekk YouTube, som har mange veiledninger om hvordan du kan lage et nær-infrarødt kamera av et webkamera.
Hva kan du undersøke med kameraet ditt?
- Varmekilder: Undersøk alt som avgir varmestråling, som stearinlys, gassbrennere eller varme loddebolter. Husk at kameraet kun viser nær-infrarødt lys, så det fungerer best med kilder som har høy varme.
- Materialer: Test ulike materialer, som plast. Noen typer plast er ugjennomsiktige i synlig lys, men lar infrarød stråling passere, noe som gjør dem transparente i kameraet. OBS: Du kan trenge ekstra infrarød belysning for å se denne effekten!
- Planter: Skille mellom ekte og falske planter. Ekte planter reflekterer mer infrarød stråling enn plast, så du bør kunne se forskjellen med det modifiserte kameraet ditt.
- Pengesedler: Se om alle delene av motivene vises i infrarødt lys.
