När coronavirus-pandemin fortsätter in i sin fjärde månad i USA, Amerikaner har anpassat sig till radikalt olika omständigheter. Medan många nu jobbar hemifrån, andra söker nya jobb. Resan har saktat ner till en rännil, och sociala sammankomster, från bröllop till examen, har avbrutits.

Effekten av dessa förändringar är märkbar även från rymden. Vid Cooperative Institute for Research in the Atmosphere (CIRA) vid Colorado State University, forskare som studerar jorden med hjälp av satelliter ser drastiska minskningar av atmosfäriska föroreningar, såsom kvävedioxid och svaveldioxid, runt världen. Luftkvaliteten har förbättrats markant, eftersom utsläppen från fordon och industri dämpas.

Men det är inte bara renare luft  som markerar dessa samhälleliga förändringar. Med hjälp av en sensor som känner av låga nivåer av synligt ljus på natten, forskare kan till och med kartlägga förändringar i var människor bor och vart de går.

En sensor som ser ljus

Day/Night Band-sensorn (DNB) som flyger på två NOAA-satelliter har varit avgörande för att upptäcka många nya funktioner på vår planet. DNB ser också stadsljus – lysande markörer för mänsklig civilisation som lyser upp natthimlen. Ombord på en satellit som kretsar runt jorden var 90:e minut, DNB kan upptäcka förändringar i dessa ljus mellan varje ny överfart – före och efter orkaner, till exempel, se platser där stormar har slagit ut elektrisk infrastruktur.

Forskare har byggt upp en databas med ljuskällor för hela planeten, och genom att jämföra dessa långsiktiga medelvärden mot vad som kan ses nu, de kan upptäcka förändringar i hur människor reagerar på pandemikrisen. Steven Miller, en senior vetenskapsman och biträdande direktör för CIRA, tillsammans med partners vid Colorado School of Mines och University of Wisconsin, har bearbetat flera jämförelsebilder som presenterades av NOAA.

"Dag/nattbandet har öppnat våra ögon för den nattliga miljön på sätt som ingen annan sensor uppe i rymden kan, sa Miller, WHO, med kollegor, arbetar för att förse byråer med jämförelsebilder med hjälp av DNB-data. "Men den enda sak som verkligen skiljer den från andra typer av satellitdata är dess förmåga att fånga den mänskliga dimensionen - den erbjuder uppenbarelsen av vår egen existens och samexistens som en del av jordens biosfär."

Där lamporna är tända, och av

En av de första sakerna som kan ses från dessa före-och-efter-jämförelser är var människor inte är – lampor som är avstängda i fabriker, kommunala samlingsområden, och stora rese- och handelskorridorer, till exempel. Att se var lamporna är släckta avslöjar de direkta sociala och ekonomiska effekterna av stängningar och karantän. Å andra sidan, över Peking, Anmärkningsvärda och enhetliga ljusökningar från februari till mars indikerar en återgång till normalitet i regionen; enhetligheten i ljusökningen visar den kinesiska regeringens starka centrala inflytande när det gäller att driva social och ekonomisk politik även i avlägsna områden.

Med hjälp av data som samlats in av Chris Elvidge vid Colorado School of Mines, vi kan titta närmare på Colorado, där det är möjligt att jämföra skillnaden mellan lampor på Denver International Airport och Buckley Air Force Base, bara några mil söderut. När flygtrafiken till Denver flygplats minskade med minskade civila resor, DNB-bilder visar en markant minskning på norra sidan av flygplatsen, där passagerarterminalerna finns. På den södra änden, dock, en ökning av ljuset tyder på en ökning av fraktflyg, kanske kopplat till ökningen av näthandeln då köpen i butik har rasat. De ökade ljusen från Buckley AFB avslöjar hur det kritiska nationella säkerhetsarbetet på Buckley fortsätter att "lysa på, " oförminskad.

Other shifts in human behavior are noted by where the lights are now brighter than before. Over New York City, the lights of apartments in Manhattan are dimmed, while in the exurbs of Long Island, summer houses and second homes belonging to the wealthiest residents of New York City are now blazing with light. For those with resources, the coronavirus pandemic marks a shift in their physical location – one large enough to be seen from space.

Eager for new satellite applications

As the impacts of the COVID-19 pandemic continue to play out, scientists at CSU and CIRA are eager to find new applications for the satellite data. The utility of these measurements could prove valuable to sociologists and public health services, providing data that directly map how people respond to situations that limit and alter their patterns of movement. Correlations between economic output and the measurable changes of light emitted could be valuable to economic researchers and government agencies. As many areas of the country prepare to reopen, while other regions hunker down for spikes in cases, seeing the differences from space could provide additional insight both now and for the future.

"It will be interesting to see, in retrospect, how 2020 plays out in the U.S.– will it be marked by a single March/April anomaly, or will it be a year bookended by dramatic changes to our lights, and to our lives?, " Miller commented. "There is a story, or perhaps riddle, behind each change that we see – tied to human behaviors, economic drivers, and vulnerabilities. What we learn from this latest bout with COVID-19 can help to inform planners on what to expect if there is a next time, and perhaps from a societal response perspective, lessons on how to duck and dodge at least some of its punches."

Regardless of changes, scientists at CSU be constantly monitoring, looking at the Earth from space, and ready to assist with new data from unexpected sources.