การสำรวจโลกและดวงดาวไม่เคยจำกัดอยู่แค่เพียงภาพถ่ายจากกล้องธรรมดาหรือกล้องโทรทรรศน์บนยานอวกาศเท่านั้น เพราะเอาเข้าจริงมีเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์หลากหลายรูปแบบ เพื่อเจาะลึกเข้าไปยังข้อมูลที่สายตามนุษย์ไม่สามารถมองเห็นได้ หนึ่งในเครื่องมือที่ใช้ในการสำรวจภูมิประเทศและการศึกษาธรณีวิทยาทั้งบนโลกและดาวเคราะห์อื่น ๆ ด้วยข้อมูลที่แสงไม่สามารถมองเห็นได้ นั่นคือ Synthetic Aperture Radar หรือ SAR

SAR เป็นเทคโนโลยีการสร้างภาพด้วยเรดาร์ที่มีความสามารถในการสร้างแผนที่ภูมิประเทศความละเอียดสูง แม้ในสภาวะที่กล้องถ่ายภาพแบบธรรมดาไม่สามารถทำงานได้ เช่น เวลากลางคืน หรือในสภาพอากาศที่มีเมฆหนาทึบและฝนตกหนัก หลักการทำงานของ SAR คือการปล่อยคลื่นวิทยุความถี่ต่ำออกไปยังพื้นผิว และวัดสัญญาณที่สะท้อนกลับเพื่อนำมาสร้างเป็นภาพพื้นผิวแบบสามมิติ ผ่านการประมวลผลระยะเวลาที่สัญญาณเดินทางไปและกลับมายังตัวดาวเทียม และการที่ดาวเทียมเคลื่อนที่บนวงโคจรอย่างรวดเร็วก็สามารถนำมาใช้ประโยชน์ให้เสมือนว่าช่วงรับสัญญาณของดาวเทียมนั้นมีขนาดที่ใหญ่ คุณภาพของข้อมูลที่กลับมาจึงสูงกว่าปกติ จึงเป็นที่มาของชื่อ Synthetic Aperture

เทคโนโลยี SAR ได้เข้ามามีบทบาทสำคัญในการสำรวจโลกของเรา ตัวอย่างเช่น ภารกิจ Biomass ขององค์การอวกาศยุโรป (ESA) ซึ่งมีกำหนดการปล่อยในปี 2025 เป็นดาวเทียมดวงแรกที่ใช้เรดาร์ P-band ในการวัดปริมาณชีวมวลของป่าไม้ทั่วโลก โดยสามารถเจาะทะลุเรือนยอดต้นไม้หนาแน่นเพื่อวัดขนาดและมวลของลำต้นและกิ่งไม้ได้โดยตรง ซึ่งข้อมูลเหล่านี้มีความสำคัญยิ่งต่อการประเมินปริมาณคาร์บอนที่ป่าไม้กักเก็บไว้ ช่วยให้เราเข้าใจบทบาทของป่าไม้ในวงจรคาร์บอนของโลกอย่างละเอียด หรือในภารกิจ Surface Water and Ocean Topography (SWOT) ซึ่งเป็นความร่วมมือระหว่าง NASA และ CNES (ฝรั่งเศส) เพื่อติดตามการเปลี่ยนแปลงของระดับน้ำทะเลในระดับมิลลิเมตร รวมถึงวัดการไหลเวียนของน้ำในแม่น้ำและทะเลสาบทั่วโลกอย่างละเอียดในระดับที่ไม่เคยทำได้มาก่อน ข้อมูลจาก SWOT จะมีบทบาทสำคัญในการศึกษาการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศที่กำลังส่งผลกระทบต่อระบบน้ำทั่วโลก

ภาพแผนที่ใต้มหาสมุทรจากการสำรวจของ SWOT ดาวเทียมตรวจวัดระดับความสูงของคลื่น ที่อาศัยเทคโนโลยี SAR มาเก็บข้อมูลสร้างภาพของพื้นใต้สมุทรที่มีความละเอียดสูง - ที่มา NASA

แม้แต่ดาวเทียมอย่าง SMAP (Soil Moisture Active Passive) ของ NASA ก็ได้ใช้เรดาร์ในการวัดความชื้นในดินทั่วโลกอย่างต่อเนื่อง ซึ่งมีความสำคัญต่อการทำเกษตรกรรม การคาดการณ์ภัยแล้ง และการติดตามวัฏจักรของน้ำในระบบนิเวศต่าง ๆ ซึ่งการตรวจวัดเหล่านี้ไม่สามารถใช้ระบบการถ่ายภาพจากดาวเทียมเพียงอย่างเดียวได้อย่างแน่นอน

SAR ยังเป็นเครื่องมือหลักในการติดตามการเปลี่ยนแปลงของเปลือกโลกหลังเกิดแผ่นดินไหว การทรุดตัวของพื้นดิน หรือการปะทุของภูเขาไฟ ผ่านเทคนิคที่เรียกว่า InSAR (Interferometric Synthetic Aperture Radar) ซึ่งใช้การเปรียบเทียบข้อมูลเรดาร์ที่ถ่ายจากช่วงเวลาก่อนและหลังเหตุการณ์ เพื่อวัดการเคลื่อนที่ของพื้นผิวในระดับเซนติเมตรหรือแม้กระทั่งมิลลิเมตร

ข้อมูลเหล่านี้ไม่ได้มีประโยชน์เฉพาะสำหรับการศึกษาธรรมชาติเท่านั้น แต่ยังนำไปใช้ในการประเมินความเสี่ยงของภัยพิบัติ วางแผนรับมือ และลดผลกระทบต่อชีวิตและทรัพย์สินของมนุษย์อีกด้วย

นอกจากที่เราจะใช้เทคโนโลยี SAR บนโลกแล้ว มันยังถูกนำไปใช้ในการสำรวจพื้นผิวของดาวเคราะห์และดวงจันทร์ที่ถูกปกคลุมไปด้วยเมฆที่หนาถึบอีกด้วย เนื่องจากหลักการทำงานของ SAR นั้นคือการส่งคลื่นลงไปยังพื้นผิว ซึ่งคลื่นเหล่านี้สามารถในการเจาะทะลุเมฆและบรรยากาศหนาทึบ ทำให้มันกลายเป็นเครื่องมือสำคัญในการสำรวจพื้นผิวของดาวเคราะห์ที่ถูกปกคลุม เช่น ดาวศุกร์ ซึ่งมีชั้นบรรยากาศหนาแน่นไปด้วยเมฆกรดกำมะถันที่บดบังผิวดาวไว้จนไม่สามารถสังเกตพื้นผิวของดาวศุกร์ได้

การสำรวจดาวศุกร์โดยยาน Magellan ของ NASA ในปี 1990 ได้ใช้เรดาร์ SAR ในการทำแผนที่พื้นผิวของดาวศุกร์อย่างละเอียดเป็นครั้งแรก เผยให้เห็นภูเขาไฟขนาดมหึมา เทือกเขา และร่องรอยการเปลี่ยนแปลงทางธรณีอย่างที่ไม่เคยมีใครได้เห็นมาก่อน หรือดวงจันทร์ไททันของดาวเสาร์ก็เป็นอีกหนึ่งเทหวัตถุที่เทคโนโลยี SAR ได้ถูกนำมาใช้ผ่านยาน Cassini ซึ่งใช้เรดาร์ในการสแกนทะลุชั้นบรรยากาศที่หนาแน่นและได้พบกับทะเลสาบมีเทนขนาดใหญ่ เทือกเขาน้ำแข็ง และแม่น้ำโบราณบนผิวของไททัน ที่ไม่เคยมีใครได้เห็นมาก่อนภายใต้บรรยากาศหนาแน่นที่ไม่สามารถมองเห็นได้จากกล้องถ่ายภาพ

ภาพของพื้นผิวดวงจันทร์ไททันผ่านการใช้เทคโนโลยี SAR ของยานแคสซินีในการสร้างภาพพื้นผิว ซึ่งเผยให้เห็นถึงพื้นผิวแม้จะถูกบดบังโดยก๊าซที่ยากต่อแสงส่องทะลุถึง - ที่มา NASA

Synthetic Aperture Radar คือหนึ่งในเทคโนโลยีที่เพิ่มขีดความสามารถในการเข้าใจโลกและดาวเคราะห์ดวงอื่น ๆ ผ่านความสามารถของคลื่นที่สามารถเจาะผ่านทะลุอุปสรรคที่แสงธรรมดาไม่สามารถทะลุได้ ไม่ว่าจะเป็นเมฆ พืชพันธุ์ หรือชั้นบรรยากาศหนาทึบ การที่ SAR ได้กลายมาเป็นหนึ่งในเครื่องมือสำคัญที่สุดสำหรับการศึกษาทั้งโลกของเราเองและวัตถุอื่นในระบบสุริยะ ซึ่งมันไม่เพียงแต่ช่วยไขปริศนาเกี่ยวกับธรรมชาติของโลกและดวงดาว แต่ยังทำให้เราเข้าใจเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงของสิ่งแวดล้อม และเตรียมความพร้อมให้มนุษยชาติรับมือกับความท้าทายใหม่ ๆ ได้ดียิ่งขึ้น

 Synthetic-aperture radar ดาวเทียมสำรวจไม่ได้มีไว้ใช้แค่ถ่ายรูปโลก

ฟังรายการได้ทาง