Planetary Science เจาะลึก InSAR เทคโนโลยีการเตือนแผ่นดินไหวจากอวกาศ
เจาะลึก InSAR เทคโนโลยีการเตือนแผ่นดินไหวจากอวกาศ

Chottiwatt Jittprasong

เจาะลึก InSAR เทคโนโลยีการเตือนแผ่นดินไหวจากอวกาศ

May 11, 2020

ในอดีตแผ่นดินไหวและผู้เขาไฟระเบิดเป็นสิ่งที่ไม่สามารถคาดการณ์ล่วงหน้าได้อย่างแน่ชัด สิ่งที่เราทำได้เมื่อก่อนก็คือการ Mitigate ภัยพิบัติอย่างเตรียมการกู้ภัยและการเยียวยาเท่านั้นซึ่งแผ่นดินไหวขนาดใหญ่แต่ละครั้งคร่าชีวิตผู้คนไปจำนวนมากและยังสร้างผลกระทบระยะยาวต่อโครงสร้างพื้นฐานของเขตภัยพิบัติไปอีกหลายปี จนมาถึงปัจจุบันเราก็ยังไม่มีเทคโนโลยีที่จะสามารถ “หยุด” ภัยพิบัติเหล่านี้ไว้ได้แต่เรามีเทคโนโลยีที่จะช่วยลดความเสียหายของภัยพิบัติเหล่านี้ได้มากกว่าเมื่อก่อน โดยเฉพาะการเฝ้าระวังแผ่นดินไหวจากอวกาศถือเป็นเรื่องที่ไม่ไกลตัวอีกต่อไป เมื่อก่อนเราอาจจะคิดว่าแผ่นดินไหวมันเกิดบนโลก บนอวกาศจะตรวจจับได้อย่างไรแต่ทุกวันนี้มันเป็นจริงแล้วเรียกว่าเทคโนโลยี InSAR (Interferometric Synthetic Aperture Radar)

InSAR คืออะไรกับ Case study ของการใช้ดาวเทียมในการเฝ้าระวังแผ่นดินไหว สามารถติดตามได้ในบทความนี้

การคาดการณ์แผ่นดินไหวก่อนเทคโนโลยีอวกาศ

สมัยตอนที่เรารู้จักแผ่นดินไหวใหม่ ๆ มนุษย์จำนวนนับไม่ถ้วนก็ได้พยายามหาวิธีคาดการณ์แผ่นดินไหวเรื่อยมาจนถึงปัจจุบัน ซึ่งแต่ละวิธีบางครั้งก็ใช้ได้ได้บางครั้งก็ใช้ไม่ได้ เช่น การสังเกตุพฤตกรรมของสัวต์ต่าง ๆ ต่อการสั่นเพียงเล็กน้อยก่อนการเกิดแผ่นดินไหว วิธีส่วนใหญ่ที่นักธรณีใช้เป็น Pre-cursor หรือตัวบงชี้มีจำนวนมาก ดังนี้

  • Animal Behavior
  • Dilatancy-Diffusion
  • Changes in Vp/Vs
  • Radon Emissions
  • Electromagnetic Anomalies
  • VAN Seismic electric Signals
  • Corralitos Anomaly
  • Freund Physics
  • Disturbance of the daily cycle of the ionosphere

วิธีแรก ๆ ที่นี่ไม่พ้นในอดีตก็คือเรื่องของการสังเกตุพฤติกรรมของสัตว์ต่อคลื่นสั่นสะเทือนลูกแรก ๆ ที่จะมาถึงก่อนคลื่นหลักซึ่งจะอธิบายในส่วนต่อไป ซึ่งวิธีนี้มันก็ดูเหมือนจะใช้ได้เพราะจะมีสัตว์บางชนิดที่ไวต่อคลื่นสันสะเทือนเหล่านี้แต่ที่มันไม่ค่อยมีประสิทธิภาพเท่าไหร่ก็เพราะว่าคลื่นสั่นสะเทือนที่เกิดขึ้นนั้นจะตามมาด้วยแผ่นดินไหวในเวลาอันสั่นทำให้เรามีเวลาล่วงหน้าในการอพยพน้อยมากต่อให้เจอคลื่นสั่นสะเทือนจากการสังเกตุพฤตกรรมก่อนก็ไม่สามารถอพยพได้ทัน และยังมี Error อีกมากมายที่สัตว์ที่เอามาใช้สังเกตุการณ์นั้นอาจจะไม่ตอบสนองต่อคลื่นดังกล่าวทำให้วิธีนี้ Unreliable เป็นอย่างมาก แต่ในอดีตก่อนที่จะมีเทคโนโลยีวิทยาศาสตร์มันเป็นวิธีเดียวที่จะช่วยคาดการณ์แผ่นดินไหวได้

ต่อมาในปี 1970 มีการเสนอสมมติฐานของ Dilatancy-diffusion ซึ่งเป็นหลักฟิสิกส์การคาดเดาแผ่นดินไหวว่าด้วยการวัดปริมาตรของหิน ผลการทดลองพบว่าเมื่อหิน Crystalline มีความเครียดสูง มันจะเกิดการ Dilatancy หรือการเปลี่ยนปริมาตรซึ่งทำให้คุณสมบัติอย่างอื่นเปลี่ยนไปด้วย เช่น ความต้านทาน ซึ่งความเครียดที่ว่านี้จะเกิดเกิดขึ้นก่อนการเกิดแผ่นดินไหวก็คือเมื่อรอยเลื่อนแผ่นดินไหวพยายามที่จะเคลื่อนไหวทำให้หินที่อยู่บริเวณรอยเลื่อนเกิดความเครียด และเมื่อถึงจุด ๆ หนึ่งที่เรียกว่า Threshold ก็คือจุดแตกหักของรอยเลื่อนทำให้รอยเลื่อนเคลื่อนตัวและเกิดแผ่นดินไหว ซึ่งทฤษฎีนี้ก็ได้ถูกพิสูจน์ในการคาดการณ์แผ่นดินไหวเมื่อปี 1973 ที่ Blue Mountain Lake (NY) และ 1974 ที่ Riverside (CA) แต่ก็ยังมีข้อโต้แย้งมากมายเกี่ยวกับทฤษฎีนี้เพราะว่าการคาดการณ์ทุกอย่างเกิดขึ้นในห้องทดลองแล้วจึง Scale-up ให้เป็นเสมือนจริงซึ่งเป็นการสรุปที่ Impractical เพราะว่าไม่ใช่ทุกการทดลองในห้องแล็บจะสามารถเอาไป Compare กับสถานการณ์จริงได้มันจึงยังเป็นเพียงแค่การทดลองที่ยังไม่ถูกนำมาเป็น Standard ของการคาดการณ์แผ่นดินไหว

ซึ่ง Dilantacy-diffusion ยังมีความเกี่ยวข้องกับ Vp/Vs อีกด้วย Vp/Vs คือค่าความเร็วของคลื่นสองชนิดที่เคลื่อนที่ผ่านหินเรียกว่า Velocity of a seismic มีสองชนิดก็คือ Primary และ Secondary ซึ่ง Vp/Vs ซึ่งหลักการก็ง่าย ๆ เหมือนกับ Dilantacy-diffusion ก็คือเมื่อหินใกล้ถึงจุดแตกหัก ค่า Vp/Vs ของหินก็จะเปลี่ยน โดยที่วิธีนี้ก็ถูกเอาไปคาดการณ์แผ่นดินไหวที่ Blue Mountain Lake (NY) ในปี 2013 เช่นกันและก็สำเร็จและยังถูกนำไปใช้ในการคาดการณ์แผ่นดินไหวในปี 1974 ที่ Riverside อีกด้วย แต่นักวิทยาศาสตร์จำนวนมากบอกว่ามันแค่ฟลุก เพราะว่ามันคาดการณ์แผ่นดินไหวใน Los Angeles เมื่อปี 1976 ผิด (มันไม่เกิด) ทำให้วิธีนี้ก็ไม่สามารถ Rely ได้ 100% แต่ก็ถือเป็น Pre-cursor ซึ่งก็มีการลองวิธีนับไม่ถ้วนที่จะใช้คาดการณ์แผ่นดินไวแต่ก็ไม่มีวิธีไหนที่สามารถเชือถือได้จึงมีหลายประเทศเริ่มหันมาใช้วิธีการตรวจจับดีกว่าซึ่งทุกวันนี้เราก็ยังใช้วิธีนี้กันอยู่

ระบบนี้เรียกว่า Earthquake Early Warning (EEW) ซึ่งอาศัยการตรวจจับคลื่นแผ่นดินไหวก่อนที่มันจะเดินทางมาถึงเมือง เวลาเกิดแผ่นดินไหวจะเกิดคลื่นสั่นสะเทือนสองคลื่นหลัก ๆ ด้วยกันเรียกว่าคลื่น Primary wave (P-Wave) และคลื่น (S-Wave) คลื่น P-wave จะเป็นคลื่นแรกที่ถูกปล่อยออกมาจากศูนย์กลางแผ่นดินไหวหรือ Epicenter (จริง ๆ คือ Hypocenter ซึ่งมีความลึกเข้ามาเกี่ยวข้องด้วย) ส่วนคลื่น S-Wave จะเป็นคลื่นที่ถูกปล่อยออกมาหลัง P-Wave คลื่น P-Wave เป็นคลื่นที่มี Amplitude ต่ำกว่าคลื่น S-Wave นั้นหมายความว่าแรงสั่นสะเทือนที่เกิดขึ้นจากคลื่น P-Wave จะน้อยกว่ามาก แต่คลื่น P-Wave เดินทางเร็วกว่าคลื่น S-Wave มากบวกกันการที่คลื่น P-Wave จะถูกปล่อยออกมาก่อนทำให้คลื่น P-Wave จะเป็นคลื่นที่มาถึงเมืองก่อนเรียกว่า Foreshock จากนั้นเมื่อผ่านไประยะนึงคลื่น S-Wave ที่ตามมาด้วยความเร็วที่ช้ากว่าแต่มี Amplitude ที่สูงกว่ามากมาถึง ณ จุดนี้เองที่จะเกิดแผ่นดินไหวที่เรียกว่า Mainshock/Mainquake แล้วค่อยตามมาด้วยคลื่น S-Wave ที่มี Amplitude ต่ำเป็นระยะเรียกว่า Aftershock

จากข้อเท็จจริงที่ว่านี้เราก็เลยสามารถพัฒนาระบบ EEW ด้วยการตรวจจับคลื่น P-Wave ได้ด้วยการติดตั้ง EEW Sensor จำนวนมากไว้รอบนอกเมืองทำเป็น Grid ของ EEW Sensor โดยติดตั้งห่างกันประมาณ 10 ถึง 20 กิโลเมตร เมื่อเกิดแผ่นดินไหวคลื่น P-Wave ที่เบามากจะเดินทางมาถึง EEW Sensor ก่อน นั้น Indicate ว่าแผ่นดินไหวได้เกิดขึ้นแล้วที่ไหนสักแห่งนึงเมื่อเรามีข้อมูล P-Wave เราก็จะสามารถรู้ได้ว่าคลื่น S-Wave จะมาเมื่อไหร่และมันจะเดินทางไปถึงเมืองในอีกกี่นาที ข้อมูลพวกนี้จะถูกส่งไปให้สถานีเฝ้าระวังแผ่นดินไหวและส่งคำเตือนไปยังคนที่อาศัยอยู่ในเมืองที่คลื่น S-Wave จะเดินทางไปถึงเพื่ออพยพและเตรียมการกู้ภัย

ระบบ Earthquake Early Warning System – ที่มา USGS

เทคโนโลยี InSAR กับการคาดการณ์แผ่นดินไหว

เทคโนโลยี Interferometric Synthetic Aperture Radar เป็นเทคโนโลยีที่พัฒนามาจากเทคโนโลยีเดิมเรียกว่า Synthetic Aperture Radar หรือ SAR ซึ่งถูกใช้ในดาวเทียมทางธรณีวิทยาในอดีต เทคโนโลยี SAR อาศัยการถ่ายรูปพื้นผิวของโลกโดยการปล่อยสัญญาณวิทยุไปที่พื้นผิวของโลก เมื่อสัญญาณวิทยุกระทบกับพื้นผิวจะเกิดการสะท้อนกลับมาที่ดาวเทียม ซึ่งลักษณะทางธรณีวิทยารวมถึงภูมิประเทศที่แตกต่างกันจะสะท้อนคลื่นวิทยุได้แตกต่างกันทำให้เราสามารถนำคลื่นวิทยุที่รับได้มาวิเคราะห์เพื่อสร้างเป็นแผนที่ 3 มิติได้

แผนที่คลื่นวิทุจาก SIR-C/X-SAR radar ของกระสวยอวกาศ Endeavour – ที่มา NASA

ส่วน InSAR ก็คือการเอาเทคโนโลยี SAR มาใช้กับเทคโนโลยี Interferometry ด้วยการเอาภาพถ่ายเรดาร์จาก SAR มาเปรียบเทียบกันเพื่อสร้าง Interferogram ซึ่งใช้หาความแตกต่างของภาพที่เกิดขึ้น InSAR อาศัยการถ่ายภาพในจุด ๆ เดิม 2 รอบ แต่ละรอบอาจจะห่างกันตาม Revisiting day (ดาวเทียม ALOS มี Revisiting day อยู่ที่ 46 วัน เป็นจุดที่ดาวเทียมจะโคจรกลับมาที่เดิม) เมื่อเอาภาพที่ถ่ายในที่ ๆ เดียวกันแต่เวลาต่างกันมาเปรียบเทียบกัน เราจะได้ Phase difference ที่เกิดขึ้นจากการเคลื่อนตัวของแผ่นเปลือกโลก

คลื่นที่เกิด Phase difference โดยที่ Phase shift แทนที่ด้วยค่า θ – ที่มา Peppergrower Wikicommons

ซึ่งเมื่อเอาข้อมูลของ Phase difference มาใช้ Plot Interferogram เราจะได้ Interferogram ที่สามารถระบุถึงการเคลื่อนตัวของแผ่นเปลือกโลกและการเคลื่อนตัวของรอยเลื่อนได้ซึ่งถูกใช้มาตั้งแต่แผ่นดินไหวในปี 1992 ที่สหรัฐอเมริกาและยังถูกใช้มาจนถึงปัจจุบัน

Interferogram จากภูเขา Kilauea สีรุ้งที่เห็นคือการนำภาพที่ได้จาก SAR สองภาพมาสร้างภาพใหม่ขึ้นมาเพื่อระบุการเคลื่อนตัวของแผ่นเปลือกโลก – ที่มา NASA/JPL

InSAR ยังถูกนำมาใช้กับการสังเกตุการณ์ภูเขาไฟที่ยัง Active อยู่ซึ่งสามารถใช้คาดการณ์การปะทุของภูเขาไฟล่วงหน้าได้เพราะก่อนการปะทุ แมกมาในภูเขาไฟที่ค่อย ๆ เพิ่มขึ้นจะทำให้เกิดความเครียดในหินรอบข้างและเกิดการขยายตัวจนทำให้หินในบริเวณนั้นเคลื่อนตัวซึ่งการเคลื่อนตัวในอาจเกิดขึ้นในระดับมิลลิเมตรที่หากใช้เครื่องมือทั่วไปก็ไม่สามารถวัดได้อย่างแม่นยำและก็คงไม่มีมนุษย์คนไหนลงไปวัดแน่ ๆ แต่ InSAR สามารถเห็นการเคลื่อนตัวนี้ได้แม้ในระดับมิลลิเมตร อ้างอิงจากงานวิจัย Inflation and deflation at the steep-sided Llaima stratovolcano (Chile) detected by using InSAR จาก AGU Journals เราสามารถสรุปได้ว่า Active volcanoes จะเกิดการขยายตัวและหดตัวในระดับมิลลิเมตรตลอดเวลาซึ่งเป็นผลมาจากความร้อนภายในภูเขาไฟที่ทำให้เกิดความเครียดในหิน ข้อมูลเหล่านี้สามารถนำไปใช้เพื่อคาดการณ์การปะทุล่วงหน้าได้

ภาพ Interferogram จาก InSAR ที่แสดงให้เห็นถึงการหดตัวและการขยายตัวของพื้นผิวบริเวณภูเขาไฟ Llaima – ที่มา AGU Journal

นอกจากนี้เพราะว่ามันสามารถตรวจการเคลื่อนไหวในระดับมิลลิเมตรได้มันจึงสามารถนำมาใช้ในการตรวจสอบความปลอดภัยของโครงสร้างต่าง ๆ ได้ เช่น การเฝ้าระวังดินถล่ม การเฝ้าระวังเหมืองที่มีโอกาสถล่ม การเฝ้าระวังแผ่นเปลือกโลกบริเวณที่ต้องรับน้ำหนักมาก เช่น สะพาน, เมือง และถนน ซึ่งทั้งหมดนี้ก็ยังไม่ได้เป็น Application ของ InSAR ทั้งหมดเพราะประโยชน์ของมันยังมีอีกมากเช่นการสร้างภาพสามมิติ Digital Elevation Maps เพื่อใช้เก็บข้อมูลลักษณะภูมิประเทศแบบละเอียดจากอวกาศ

ภาพ Landsat ที่ใช้ข้อมูลจาก SRTM InSAR ในการ Construct โมเดล Digital Elevation – ที่มา NASA/JPL

ดาวเทียม SAR ดวงแรกก็คือ ERS-1 ของ ESA ที่ถูกปล่อยขึ้นสู่วงโคจรเมื่อวันที่ 17 กรกฎาคม 1991 ไปที่วงโคจร Sun-synchronous polar orbit ที่ความสูง 782-785 กิโลเมตร ERS-1 ทำหน้าที่ใช้ Remote sensing SAR ที่ความถี่ C band ในการ Monitor การเปลี่ยนแปลงของพื้นผิวบนโลกในระดับมิลลิเมตร หลังจากนั้นดาวเทียม ERS-2 ก็ตามมาเมื่อวันที่ 21 เมษายน 1995 ซึ่งอุปกรณ์และวงโคจรทุกอย่างใกล้เคียงกับ ERS-1 มากแต่ ERS-2 มี Sensor GOME และ ARSR-2 เพิ่มขึ้นมา ดาวเทียม ERS-1 ถูกปลดประจำการเมื่อวันที่ 10 มีนาคม 2000 หลังจาก Instrument failure ส่วนดาวเทียม ERS-2 ยังสามารถทำงานได้ต่อหลังปี 2000 แต่ Gyroscope บนดาวเทียมก็เสียในที่สุดในปี 2001 ทำให้ ERS-2 ควบคุมทิศทางได้ยากขึ้น ในปี 2003 เทปบันทึกข้อมูลบนดาวเทียมก็หยุดทำงานทำให้ ERS-2 ต้องส่งข้อมูลแบบ Real time ตลอดเวลา จึงทำให้ ERS-2 แทบจะใช้งานไม่ได้อีกต่อไป

ดาวเทียม ERS-2 ของ ESA ในวงโคจร – ที่มา ESA

ดาวเทียมที่มาแทน ERS-1 และ ERS-2 ก็คือ Envisat ของ ESA ในปี 2002 ตามมาด้วย ALOS (Advanced Land Observation Satellite) ของ JAXA ในปี 2006 จริง ๆ ยังมีดาวเทียม Radarsat-1 ที่ใช้เทคโนโลยี InSAR อยู่ด้วยเป็นดาวเทียมสัญชาติแคนาดาที่ถูกปล่อยในปี 1995 และดาวเทียมทั้งสามดวงที่กล่าวมานี้เป็นดาวเทียมที่ใช้เทคโนโลยี InSAR ทั้งหมด และหนึ่งในดาวเทียมที่กล่าวมานี้ก็มีส่วนร่วมในการคาดการณ์แผ่นดินไหวที่ใหญ่ที่สุดครั้งนึงในปี 2011

ดาวเทียม ALOS-1 ของ JAXA – ที่มา JAXA

InSAR กับ Case study ของแผ่นดินไหวที่ใหญ่ที่สุดครั้งหนึ่งเท่าที่เคยมีมา

วันที่ 11 มีนาคม 2011 เวลา 14:26 นาที Japan Standard Time แผ่นดินไหว Megathrust ระดับ Category 9 (Magnitude 9) เกิดขึ้นใกล้ชายฝั่ง Sendai ของประเทศญี่ปุ่น ก่อนหน้านี้เคยมีการคาดการณ์แล้วว่าจะเกิดแผ่นดินไหวบริเวณชายฝั่ง Tohoku-Kanta ของญี่ปุ่นซึ่งถูกคาดการณ์ไว้ว่าจะมีขนาดประมาณ 7.5 ถึง 8.0 magnitude แต่แผ่นดินไหวที่เกิดมีขนาดใหญ่กว่าที่คาดการณ์ไว้มาก ซึ่งก็คือระดับ 9.0 magnitude แต่หลาย ๆ คนอาจจะสงสัยว่ามันก็เพิ่มแค่หนึ่ง Magnitude จากที่คาดการณ์ไว้เองนิ แต่เพราะว่าหลาย ๆ คนอาจจะยังไม่ทราบว่าหน่วย Magnitude นั้นไม่ใช่หน่วยแบบเชิงเส้น (Linear) แต่มันเป็นแบบ Logrithmic ซึ่งเมื่อค่า Magnitude เพิ่มขึ้น 1 หน่วย เช่น จาก 8.0 เป็น 9.0 นั้นหมายถึงค่า Amplitude ที่วัดได้จะเพิ่มขึ้นแบบ Tenfold หรือเพิ่มขึ้น 10 เท่านั้นเองแต่ยังไม่จบแค่นั้นเพราะว่า Amplitude ที่เพิ่มขึ้นถึง 10 เท่าจะหมายถึง Seismic energy ที่ถูกปล่อยออกมาจะเพิ่มขึ้น 32 เท่า เพราะฉะนั้นแผ่นดินไหว 9.0 magnitude จะแรงกว่า แผ่นดินไหว 8.0 magnitude ประมาณ 32 เท่า และจะเป็นเช่นนี้กับทุก Magnitude ที่เพิ่มขึ้น

1 นาทีก่อนที่คลื่น S-wave จะเดินทางมาถึงโตเกียว ระบบ EEW ซึ่งมี Sensor Seismometers กว่า 1000 ตัวในประเทศญี่ปุ่นส่งการแจ้งเตือนแผ่นดินไหวไปให้ผู้คนมากกว่า 1 ล้านคนซึ่ง JMA (Japan Meteorological Agency) หรือหน่วยงานธรณีวิทยาของญี่ปุ่นเชื่อว่าช่วยลดอัตราการเสียชีวิตได้อย่างมาก แต่การเกิดแผ่นดินไหวครั้งนี้ก็ยังแสดงให้เห็นถึงข้อบกพร่องของระบบ EEW ในญี่ปุ่นที่ระบบเตือนภัยในบางพื้นที่ไม่ทำงานเพราะว่า Sensor ที่ถูกติดตั้งไว้ถูก Saturated หรือพูดง่าย ๆ ก็คือค่าที่เกิดขึ้นจริงมันเกินกว่าค่าที่ Sensor สามารถตรวจวัดได้ทำให้เกิดการ Overflow นอกจากนี้ตัว Sensor ยังอ้างอิงแค่ Epicenter หรือจุดศูนย์กลางของแผ่นดินไหวแต่ไม่ได้คำนึงถึง Hypocenter ที่มีความลึกเข้ามาเกี่ยวข้องด้วยเพราะว่ายิ่งจุดที่เกิดแผ่นดินไหวมีความลึกมาก ค่า P-wave ที่วัดได้ก็จะยิ่งต่ำเพราะมันศูนย์เสียพลังงานระหว่างที่มันเดินทางจากความลึกขึ้นมาที่พื้นผิว ซึ่ง P-wave ที่วัดได้ก็จะไม่สูงพอที่จะทำให้ระบบแจ้งเตือนทำงาน

ภาพเปรียบเทียบระหว่าง Epicenter และ Hypocenter – ที่มา Ansate

ทำให้ประชาชนในบางพื้นที่ไม่ได้รับการแจ้งเตือนล่วงหน้าและเกิดความเสียหายมากขึ้น ส่วนระบบเตือนภัยสึนามิในบางพื้นที่ก็ให้ข้อมูลคาดการณ์ความสูงของสึนามิต่ำกว่าความเป็นจริงเพราะเนื่องจากปัญหาก่อนหน้านี้ที่ว่า Sensor มันไม่ได้คำนึงถึงความลึกของจุดศูนย์กลางแผ่นดินไหว (Hypocenter) ทำให้ค่าที่วัดได้ต่ำกว่าความจริง คนรับกรรมก็คือประชาชนที่ได้รับการแจ้งเตือนที่คลาดเคลื่อนทำให้การอพยพช้าซึ่งมีส่วนกับยอดผู้เสียชีวิตที่มากขึ้น

ทันทีที่แผ่นดินไหวถูกตรวจพบดาวเทียมอย่าง ALOS-1 ของ JAXA ที่อยู่ในวงโคจรต้องรอกว่า 2 วันก่อนที่วงโคจรจะพาดผ่านเหนือญี่ปุ่นจึงค่อยเริ่มสำรวจฉุกเฉินได้ (Emergency observation) วันที่ 13 มีนาคม 2011 ALOS-1 ก็โคจรมาอยู่พื้นที่สำรวจเหนือประเทศญี่ปุ่นเพื่อทำ DInSAR (Differential Interferometric SAR) ด้วยอุปกรณ์ที่เรียกว่า Phased Array type L-band Sytnhetic Aperture Radar (PALSAR) เพื่อตรวจสอบการเกิด Deformation ของแผ่นเปลือกโลกทันที โดยภาพที่นำมาทำ DInSAR เป็นภาพก่อนการเกิดแผ่นดินไหวมา Interfereometry กับภาพที่ถ่ายหลังแผ่นดินไหว

แผนที่การเกิด Crustal Deformation จากการทำ DInSAR ระหว่างภาพก่อนการเกิดแผ่นดินไหวและหลังการเกิดแผ่นดินไหวของดาวเทียม ALOS – ที่มา JAXA

จากภาพดังกล่าวจะเห็นห่วงสีรุ้งจำนวนมากประมาณ 34 ห่วงซึ่งหมายถึงการเคลื่อนที่ของแผ่นเปลือกโลกโดยที่จากการอ้างอิงข้อมูล แผ่นเปลือกโลกเคลื่อนที่ไปที่ทิศตะวันตกในระดับเซนติเมตรซึ่งถือเป็นการเคลื่อนตัวที่เยอะมากเพราะปกติการเคลื่อนตัวเกิดขึ้นในระดับมิลลิเมตรเท่านั้นและมากที่สุดก็คือเคลื่อนตัวถึง 11.8 เซนติเมตรจากตำแหน่งเดิม นอกจากนี้ ALOS-1 ยังใช้ AVNIR-2 (Advanced Visible and Near Infrared Radiometer type 2) ในการสำรวจความเสียหายจากสึนามิอีกด้วย

ภาพเมืองที่ถูกสึนามิถล่มและเกิดน้ำถ่วมหลังแผ่นดินไหว (ภาพซ้าย) ภาพก่อนเกิดแผ่นดินไหว (ภาพขวา) – ที่มา JAXA

ดาวเทียม ALOS-1 ในตอนนั้นถือเป็นดาวเทียมที่มีประโยชน์มากที่สุดอันนึงของญี่ปุ่นเพราะมันสามารถช่วยในการเฝ้าระวัง Aftershock และสึนามิเพิ่มเติมจาก Aftershock ได้ด้วยการทำ InSAR และใช้กล้องความละเอียดสูงในการถ่ายภาพ หลังภัยพิบัติในวันที่ 11 มีนาคม 2011 ประชาชนนับไม่ถ้วนติดอยู่ในเมืองต่าง ๆ ที่ได้รับผลกระทบ JAXA ได้รับสิทธิเต็มที่จากรัฐบาลในการทำ Emergency Observation ดูแลน่านฟ้าและวงโคจรดาวเทียม

รวมถึงการขอความช่วยเหลือของ JAXA จากนานาประเทศทันทีที่เกิดแผ่นดินไหวถือเป็นหนึ่งในการกระทำที่ช่วยบรรเทาภัยพิบัติได้ หน่วยงานที่ดูแลดาวเทียมจำนวนมากต่างช่วย JAXA ในการทำ Emergency observation อย่าง Sentinel Asia, International Charter, ASI, DLR, FORMOSAT-2, SPOT-5, RapidEye, IKONOS, Worldview, RadarSAT (SAR), TerraSAR-X (SAR), รวมถึงดาวเทียม THEOS ของสำนักงานพัฒนาเทคโนโลยีอวกาศและภูมิสารสนเทศ (GISTDA) ของไทยด้วย

ในวันที่ 14 มีนาคม 2011 เพียงสามวันหลังภัยพิบัติ ภาพความละเอียดสูงของดาวเทียม WorldView-1 ของบริษัทสัญชาติอเมริกา DigitalGlobe สามารถถ่ายภาพสัญญาณข้อความช่วยเหลือ (SOS) จากพื้นผิวในเมือง Onagawa, Miyagi Prefecture ของประเทศญี่ปุ่นได้ ทำให้ดาวเทียมเป็นเหมือนเครื่องมือที่ใช้ในการกู้ภัยได้อีกด้วย

Case study ของแผ่นดินไหวในปี 2011 ที่ญี่ปุ่นนั้นแสดงให้เห็นถึงความสำคัญของดาวเทียมทางธรณีวิทยาเป็นอย่างมาก หลังจากการปล่อยรายงานแผ่นดินไหวอย่าง Publication ชื่อว่า Space-based response to the 2011 Great East Japan Earthquake: Lessons learnt from JAXA’s support using earth observations ทำให้หลาย ๆ หน่วยงานซึ่งไม่ได้มีแค่หน่วยงานในญี่ปุ่นเองเท่านั้น แต่คือหน่วยงานอวกาศทั่วโลกเริ่มตระหนักถึงความสำคัญของดาวเทียม InSAR ที่แม้แต่ JAXA เองยังวางแผนที่จะเปลี่ยนดาวเทียมยกชุดโดยจะปล่อยดาวเทียม ALOS-2 ขึ้นสู่วงโคจรด้วยเทคโนโลยีที่ใหม่กว่า ALOS-1 เพิ่มทำหน้าที่แทน ALOS-1 เพราะว่า ALOS-1 มีวงโคจรที่ไม่ได้ผ่านญี่ปุ่นตลอดเวลาทำให้การสำรวจต้องรอ Revisiting day จึงจะเริ่มสำรวจได้

แม้แต่ NASA ก็พึงจะมาให้ความสำคัญกับดาวเทียม InSAR จากบทเรียนในครั้งนี้ด้วยการร่วมมือกับ ISRO (India Space Research Organisation) โดยการเตรียมส่งดาวเทียม NASA-ISRO Synthetic Aperture Radar หรือ NISAR ขึ้นวงโคจรภายในปี 2022 เพื่อใช้ในการเฝ้าระวังภัยพิบัติต่าง ๆ เช่น ภูเขาไฟปะทุ แผ่นดินไหว สึนามิ น้ำแข็งถล่ม

ดาวเทียม NISAR ของ NASA และ ISRO ซึ่งถูกวางแผนไว้ว่าจะปล่อยภายในปี 2022 – ที่มา NASA/JPL

ส่วน ALOS-2 ของญี่ปุ่นนั้นเอง ทาง JAXA ก็ได้ออกแบบวงโคจรใหม่ให้มันเพราะว่าก่อนหน้านี้วงโคจรของ ALOS-1 นั้นถูกออกแบบให้โคจรผ่านญี่ปุ่นแค่บางวันในหนึ่งเดือนเท่านั้นทำให้ ALOS-1 ไม่สามารถทำการสำรวจในวันที่เกิดแผ่นดินไหวได้จึงต้องรอถึงวันที่ 13 มีนาคม 2011 เมื่อวงโคจรของ ALOS-1 ผ่านเหนือญี่ปุ่นบริเวณที่ได้รับผลกระทบพอดีจึงเริ่มสำรวจได้วงโคจรของ ALOS-2 ถูกออกแบบให้ผ่านเหนือประเทศญี่ปุ่นเวลาเที่ยงคืนและเที่ยงวันตามเวลาท้องถื่นและมีเวลาสำรวจ (Observation time) ประมาณ 3 ชั่วโมงก่อนที่ญี่ปุ่นจะหลุดจาก Line of Sight ของ ALOS-2 ทำให้ ALOS-2 สามารถเริ่ม Emergency observation ได้ภายใน 12 ชั่วโมง

ปัจจุบันมีดาวเทียม SAR มากกว่า 10 ดวงในวงโคจรที่กำลังเฝ้าระวังแผ่นดินไหวให้เราทุกคน ในอนาคตเราก็หวังว่าประเทศไทยจะเริ่มให้ความสำคัญกับวงการอวกาศมากขึ้น หวังเป็นอย่างยิ่งว่าเราจะได้มีดาวเทียม SAR สัญชาติไทยโคจรเหนือประเทศไทยในอนาคต

เรียบเรียงโดย ทีมงาน SPACETH.CO

อ้างอิง

Synthetic Aperture Radar

InSAR Interferometric Synthetic Aperture Radar | TRE ALTAMIRA

Earthquake/Tsunami – Japan, March 2011 | ESA

Emergency Observation of Magnitude-9.0 Earthquake off the Pacific coast of Tohoku-Kanto District in Japan in 2011 by AVNIR-2 onboard “Daichi” (ALOS) | JAXA

ALOS/PALSAR Observation Results of the Magnitude-9.0 Earthquake off the Pacific coast of Tohoku-Kanto District in Japan in 2011 JAXA

Research Paper Citation

Space-based response to the 2011 Great East Japan Earthquake: Lessons learnt from JAXA’s support using earth observation satellites

Inflation and deflation at the steep‐sided Llaima stratovolcano (Chile) detected by using InSAR





Read More

บทความอื่น ๆ ที่ควรอ่านต่อ



In Coversation

เรื่องราวน่าสนใจที่กำลังเป็นบทสนทนา