NASA-forskare släpper nya globala kartor över jorden på natten, ger den tydligaste men sammansatta bilden av mönstren för mänsklig bosättning över vår planet.

Satellitbilder av jorden på natten - ofta kallade "nattljus" - har varit en nyfikenhet för allmänheten och ett verktyg för grundforskning i nästan 25 år. De har gett ett brett, vacker bild, visar hur människor har format planeten och lyst upp mörkret. Produceras varje decennium eller så, sådana kartor har gett upphov till hundratals användningar av popkultur och dussintals ekonomiska, samhällsvetenskapliga och miljöforskningsprojekt.

Men vad skulle hända om nattljusbilder kunde uppdateras årligen, månadsvis eller till och med dagligen? En forskargrupp ledd av jordforskaren Miguel Román från NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, planerar att ta reda på det i år.

Under åren sedan lanseringen 2011 av satelliten NASA-NOAA Suomi National Polar-Orbiting Partnership (NPP), Román och kollegor har analyserat nattljusdata och utvecklat ny programvara och algoritmer för att göra nattljusbilder tydligare, mer exakt och lättillgänglig. De är nu på gränsen till att ge dagligen, högupplösta vyer av jorden på natten, och är inriktade på att släppa sådana data till vetenskapsgemenskapen senare i år.

Sedan kollegor från National Oceanic and Atmospheric Administration och NASA släppte en ny Earth at night-karta 2012, Román och lagkamrater vid NASA:s Earth Observing Satellite Data and Information System (EOSDIS) har arbetat med att integrera nattdata i NASA:s Global Imagery Browse Services (GIBS) och Worldview-kartläggningsverktyg. Fritt tillgänglig för vetenskapssamfundet och allmänheten via webben, GIBS och Worldview tillåter användare att se naturliga och falska färgbilder av jorden inom några timmar efter satellitinsamling.

Idag släpper de en ny global sammansatt karta över nattljus som observerades 2016, samt en reviderad version av 2012 års karta (8 MB jpg | 265 MB jpg). NASA-gruppen har undersökt de olika sätt som ljus utstrålas på, utspridda och reflekterade av land, atmosfäriska och havsytor. Den främsta utmaningen inom nattlig satellitbild är att ta hänsyn till månens faser, som ständigt varierar mängden ljus som lyser på jorden, fast på förutsägbara sätt. Likaså, säsongsbetonad vegetation, moln, aerosoler, snö och istäcke, och även svaga atmosfäriska utsläpp (som luftglöd och norrsken) förändrar hur ljus observeras i olika delar av världen. De nya kartorna togs fram med data från alla månader varje år. Teamet skrev kod som valde de tydligaste nattvyerna varje månad, slutligen kombinera månskensfri och månskenskorrigerad data.

Román och kollegor har byggt fjärranalystekniker för att filtrera bort dessa källor av främmande ljus, samla in en bättre och mer konsekvent signal om hur människodrivna mönster och processer förändras. Den förbättrade bearbetningen flyttar Suomi NPP närmare sin fulla potential att observera svagt ljus ner till skalan av en isolerad motorvägslampa eller en fiskebåt. Satellitens arbetshästinstrument är Visible Infrared Imaging Radiometer Suite (VIIRS), som detekterar fotoner av ljus som reflekteras från jordens yta och atmosfär i 22 olika våglängder. VIIRS är det första satellitinstrumentet som gör kvantitativa mätningar av ljusemissioner och reflektioner, som gör det möjligt för forskare att urskilja intensiteten, typer och källorna till nattljus under flera år.

Suomi NPP observerar nästan varje plats på jorden vid ungefär 13:30. och 01:30 (lokal tid) varje dag, observera planeten i vertikala 3000 kilometer långa remsor från pol till pol. VIIRS inkluderar ett speciellt "day-night band, " en lågljussensor som kan särskilja nattljus med sex gånger bättre rumslig upplösning och 250 gånger bättre upplösning av ljusnivåer (dynamiskt omfång) än tidigare nattobservationssatelliter. Och eftersom Suomi NPP är en civil vetenskaplig satellit, data är fritt tillgängliga för forskare inom några minuter till timmar efter förvärvet.

Beväpnad med mer exakta nattliga miljöprodukter, NASA-teamet automatiserar nu bearbetningen så att användare kommer att kunna se nattliga bilder inom några timmar efter förvärvet. Detta har potential att hjälpa kortsiktiga väderprognoser och katastrofinsatser.

"Tack vare VIIRS, vi kan nu övervaka kortsiktiga förändringar orsakade av störningar i kraftleveransen, som konflikter, stormar, jordbävningar och brownouts, ", sa Román. "Vi kan övervaka cykliska förändringar som drivs av återkommande mänskliga aktiviteter som semesterbelysning och säsongsbetonade migrationer. Vi kan också övervaka gradvisa förändringar som drivs av urbanisering, utvandring, ekonomiska förändringar, och elektrifiering. Det faktum att vi kan spåra alla dessa olika aspekter i hjärtat av vad som definierar en stad är helt enkelt häpnadsväckande."

Till exempel, VIIRS upptäckte strömavbrott i kölvattnet av orkanen Matthew, en stor storm som drabbade nordöstra Karibien och sydöstra USA i slutet av september 2016. NASA:s Disasters Response-team lämnade uppgifterna till kollegor på Federal Emergency Management Agency; i framtiden, NASA, FEMA och Department of Energy hoppas kunna utveckla kartor över strömavbrott och integrera informationen i återställningsinsatser av första räddningspersonal.

NASA-teamet föreställer sig många andra potentiella användningsområden för forskning, meteorologiska och medborgerliga grupper. Till exempel, dagliga nattbilder kan användas för att övervaka oreglerat eller orapporterat fiske. Det skulle också kunna bidra till insatser för att spåra havsisens rörelser och koncentrationer. Forskare i Puerto Rico har för avsikt att använda datamängden för att minska ljusföroreningar och hjälpa till att skydda tropiska skogar och kustområden som stöder ömtåliga ekosystem. Och ett team vid FN har redan använt nattljusdata för att övervaka effekterna av kriget på elkraft och förflyttning av fördrivna befolkningar i det krigshärjade Syrien.

I en separat, långsiktigt projekt, Román arbetar med kollegor från hela världen för att förbättra globala och regionala uppskattningar av koldioxidutsläpp. Teamet på NASA:s Global Modeling and Assimilation Office (GMAO) kombinerar nattljus, data om stadsmarkanvändning, och statistiska och modellprojektioner av antropogena utsläpp på sätt som borde göra uppskattningar av källor mycket mer exakta.