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第18章 摸准地球的脉搏——地球资源卫星(1)

是地球资源卫星!

在茫茫太空中,忽闪着明亮的大眼睛,能看清地面,有的还能“看透”海洋,甚至地层。地球资源卫星是观察、勘测和研究地球自然资源的卫星。它总是将那明亮的大眼睛对准地球:发现人们肉眼看不到的地下宝藏、历史古迹、地层结构;普查农作物、山川、森林、海洋、空气等资源;预报和鉴别农作物的收成,考察和预报各种严重的自然灾害。

科学家把各种了解、调查地球的卫星称为地球观测卫星。卫星上装载了各种多光谱遥感设备,如彩色照相机、红外照相机、感光器、合成孔径雷达等。卫星很聪明,利用这些遥感设备,获取地物目标辐射和反射的多种频段的电磁波信息。科学家接收卫星信号后,根据事先掌握的各类物质频谱特性,再对这些信息进行处理、判读,从而得到各类资源的特征、分布和状态等资料。

影像判读是一门技术,也是一门艺术。地面上所有物体都在有规律地反射、吸收和辐射电磁波,这在物理学上被称为光谱特征。每种物体在不同光谱频段下的反射是不一样的。科学家掌握了物体的光谱秘密,再利用卫星上的遥感仪器把测到的信息进行对照,就可以知其全貌了,免去了实地勘测之苦。如资源卫星利用遥感技术探测地层结构,像剥大白菜一样将地层一层一层剥开,就可以发现许多大油田、大金矿、大煤矿等地下宝藏。地球资源卫星探测了秦始皇陵墓、武则天乾陵,证实了它们都保存完好。

20世纪60年代中后期,往往是气象卫星顺便勘探一下地球,后来才发展为专业观测地球资源的卫星。美国是应用地球资源卫星最早的国家,而且还跟中国有一段情缘。20世纪70年代初,美国地球资源卫星在飞临中国东经93°、北纬37°附近上空时,惊异地发现了一个奇怪的区域。美国地质专家认为这是中国的一座大型黄金矿藏。1972年2月,美国尼克松总统访华时,将卫星图片作为礼物送给周恩来。中国最权威的地质专家们在1:600万的中国地图上,寻找坐标点的确切位置。他们的手一起指向了一个神秘的地方。地质专家们两眼发直。天哪!那是中国最大的无人区、青藏高原的腹地——可可西里。可可西里海拔5500多米,面积达83万平方千米,是一大片戈壁沙漠和盐泽泥淖封闭着的王国。现在,黄金成了可可西里的“特产”,而最著名的产黄金地区是青海省玛多县的红金台。

地球资源卫星采用了卫星技术、遥感技术、数据传输与信息处理技术的综合性尖端技术。根据卫星装载的科学仪器、观测设备不同,地球资源卫星分为两大类:陆地资源卫星和海洋资源卫星。

“资源”地球资源卫星

苏联是第一个研发地球资源卫星的国家。苏联的“资源”号地球资源卫星包括多个系列至今共发射了80颗地球资源卫星,其中3颗发射失败。

“资源-R”系列卫星有一个军事秘密。“资源-R”系列卫星实际上不是一颗卫星,而是一座空间站——“钻石-T”空间站。1981年,苏联秘密研制了“钻石-T”军事空间站,其中一个任务就是装载核弹,送给好战的帝国主义。它重达18.55吨,有2个各16片、面积各100平米的太阳能帆板,反作用轮保持三轴稳定,内部有空气加压。

“钻石-T”空间站有一个传感器,合成孔径雷达,15米的地面分辨率。卫星观察数据暂时储存在磁带录像机上,通过“射线”号军事通信卫星转发给地面站。“钻石-T”空间站的辐射扫描系统可对地球表面进行红外探测,导弹和火箭都逃不过它的眼睛。

1990年冷战结束后,苏联将“钻石-T”空间站改造了一下,变身为卫星,重新命名为“资源-R”号卫星。“资源-R”号卫星是迄今为止是世界上最大的卫星。它基本保持了“钻石-T”空间站的基本布局,但没有任何对接设备。“资源-R1”卫星是专门提供地球物理、农业、地质和环境应用方面的雷达成像卫星。

2006年6月15日,俄罗斯的第四代地球资源卫星“资源-DK1”号在拜科努尔航天中心发射升空,运行在近地点360千米、远地点640千米、倾角约70°的倾斜低轨道上,围绕地球一圈94分钟,每天15圈。

“资源-DK1”号卫星设计寿命5年,高7.93米,最大直径2.72米,2块太阳能帆板共36平方米。卫星重量6804千克,是世界上最重的地球资源卫星。它的空间分辨率为黑白图像0.9米,多光谱彩色图像1.5米,扫描宽度28.3~47.2千米,重访周期5~7天,一天可以观测约70万平方千米的面积。

“资源”地球资源卫星从近视眼到练就一双视力精准的火眼金睛,经历了漫长的时间。至今,“资源”卫星仍然是世界上最好的地球资源卫星。

1946年,一批苏联军人因为在第二次世界大战期间当过德国的俘虏,被斯大林定为叛徒,流放到西伯利亚这个遥远、偏僻的地方。西伯利亚是世界上最寒冷的地区之一,冬季的温度低至-50℃。润滑剂在那里也会结成冰,钢筋混凝土会被冻裂。当你静静地站着,能听到轻微的叮咚声,那是你呼出的气体结成冰,掉到了地上。

由于天气寒冷,西伯利亚雅库蒂亚市米纳城的流放者大半年龟缩在半地下的窝棚里。每当煤油灯的火光摇曳,流放者低吟“三套车”、“伏尔加船夫”的时候,土壁上就会闪烁着忽明忽暗的小星星。红军上尉伊万诺夫发现了一块灰亮的小石头:“如果是块钻石该多好啊!”荒原上没有测试仪器,连一块小玻璃也没有。两年后,伊万诺夫才终于有机会用小石头划刻玻璃,玻璃被刻了一道深深的痕迹。不久,克里姆林宫的一张大桌子上,放着一份秘密报告:西伯利亚发现了一个很大的钻石矿。

苏联命名这个钻石矿为“和平”钻石矿,世界钻石开采量排名第二。居第一位的国家是博茨瓦纳;居第三位的国家是南非。60多年来,苏联和俄罗斯矿工竟然挖出了世界上最大的人造洞穴——“和平”钻石矿坑。这个巨大的洞穴直径大约160米,深度达533米,汽车从坑底到坑顶要花1.5到2小时。从“资源”地球资源卫星照片上看,它就像是地球的一个大伤口。

“和平”钻石矿坑实在太大了,直升机也被禁止从它上面飞过。因为这个大洞造成的空气湍流足以将直升机“俘虏”,吸进矿洞底部。矿坑中传出的硫化氢气体让整个小镇弥漫着一股臭鸡蛋的味道。“和平”钻石矿坑曾是克里姆林宫的最高机密之一。它产出的大量钻石使苏联在冷战时期美苏争霸中拥有强大的资本。

从1954年开挖到1957年正式生产,“和平”钻石矿矿工已挖出了1.65亿立方米的岩石。“和平”钻石矿平均每年产出钻石2百万克拉,占全球产量的20%,价值20亿英镑。老矿工抱怨道:“我们为世界上最漂亮的女人提供了宝石,但我们却从来没有看到什么钱。”最先发现钻石的伊万诺夫因反党、反社会主义,第二年被枪决。尸骨埋葬于钻石矿的矿渣之下。

今天,俄罗斯仍渴望从这个“聚宝盆”中挖出更多的钻石,可惜美梦不再,“和平”钻石矿开始枯竭。俄罗斯的“资源”地球资源卫星将目光转移到西伯利亚其他地区,甚至国外。2003年2月,俄地质学家宣布:“资源”地球资源卫星在俄罗斯的巴什基尔发现了新的钻石矿。俄罗斯判图专家仿佛已经从卫星图片上看见了成堆的闪闪发光的钻石。巴什基尔有可能成为第二个“和平”钻石矿。

“陆地”地球资源卫星

欧洲文艺复兴之后,正确比例的世界地图出现了。1620年,英国政治家兼自然哲学家培根发现了一个奇怪的现象:南大西洋两岸的海岸线可以大致拼合。1858年,美国人史奈德在书中认为:南美洲与非洲曾一度相连在一起。1908年,美国地质学家泰勒第一次将设想与科学相结合,认识地球大陆奇怪的形状。泰勒认为地球大陆移动的原动力是地球转动的离心力。

1880年11月1日,浑身冒险细胞的阿尔弗莱德·韦格纳出生在德国柏林的一个牧师家庭。他的博士论文研究的是天文历法。1910年12月,这位变身为气象学家的韦格纳在写给未婚妻的信中说:大西洋两岸的南美大陆和非洲大陆的海岸线,为何如此相似?他以气象学家的身份提出了一个地球物理学家的理论——“大陆漂移说”。1915年,韦格纳以德文出版了以大陆漂移为主题的《大陆与海洋的起源》。1930年,韦格纳再次前往北极探险,丧生在格陵兰冰原。

韦格纳博士的“大陆漂移说”很有想象力,但受到绝大多数科学家的反对,被讽刺为弱智的“地理拼图”。1928年,知名学者张伯伦说:“如果要我们相信他的假设,那么过去七十多年来我们所学的岂不是要完全抛弃,一切从头来过吗?”美国地质学家贝利·威利斯说:“继续讨论这个理论,只会阻碍知识的进步,而且把学生搞得满头雾水。‘大陆漂移说’等于天方夜谭。”英国数学家、统计学家、地球物理学家和天文学家哈罗德·杰弗里斯一生中的一项伟大贡献就是反对“大陆漂移说”,称“大陆漂移说”是“一个非常危险的观念,极可能导致严重错误”。有的科学家甚至说:任何一位珍视自己科学地位与声誉的科学家绝不能支持这种理论。

大陆是否会漂移?大陆是怎样流浪的?大陆漂移的原动力到底来自哪里?

历史是螺旋式发展的,科学也是螺旋式发展的。韦格纳的惨死阻挡不了科学的进步。1950年,地球物理界诞生了“海底扩张说”。1966年底,美国地质学会在旧金山举行年会。美国海洋地质学家和地球物理学家大多数已接受“海底扩张说”与“大陆漂移说”。1967年,美国普林斯顿大学的摩根、英国剑桥大学的麦肯齐、法国的勒皮顺等人提出了建立在“大陆漂移说”上的新的地球构造理论“板块构造学说”。1968年,全世界的地球物理界和海洋地质界都转向了新地球学说。

20世纪80年代以来,科学家利用地震波研究了地球内部的不均匀构造;对更古老的海底地壳进行钻探研究。科学技术似乎可以触摸到板块运动原动力——地幔对流了。地球板块构造学说打开了地球演化史的新一页,解答了生物、气候、地质构造、地形、地震、火山等广阔领域里的众多疑问。

科学家已经从地球物理学、地质学、古生物学、古气候学、古地磁学、气候学、生物学等许多学科验证和证明了地球板块构造学说。当美国国家航空航天局第一颗地球资源卫星开始研制的时候,科学家就开始了从太空观察验证地球板块构造学说的计划,以便揭开地球那古老伤疤的秘密。

美国国家航空航天局的地球资源卫星名为“陆地”号,一个系列共有8颗。卫星由美国国家航空航天局制造,美国地质勘探局负责接收、研究、分发卫星图像与数据。第一颗地球资源卫星“陆地-1”号于1972年7月23日在美军范登堡空军基地发射。“陆地”号系列卫星与测地卫星协作,连续多年进行观测,而贡献最大的是“陆地-5”号地球资源卫星。

“陆地-5”号地球资源卫星,重1938千克,装载了当时最先进的制图仪和多光谱扫描仪。1984年3月1日,“陆地-5”号在范登堡空军基地SLC-2W发射场搭乘“德尔塔”运载火箭发射升空。卫星运行在近地极近圆形的太阳同步轨道,轨道高度近地点683千米、远地点698千米,轨道倾角98.2°;运行周期98.9分钟,24小时绕地球约15圈,扫描宽度185千米;覆盖周期16天,扫描整个地球;期间卫星绕行地球233圈。“陆地-5”号是个老寿星。它的设计寿命3年,除了2009年8月和12月两次故障外,一直勤奋地工作着,“活”了27年多,至今仍健在。

“陆地-5”号卫星的先进科研仪器达到厘米级,能分辨地球上1厘米的细微变化。经过多年的观测,发现大陆确实以每年1厘米到10厘米的速度移动。“陆地”卫星证实“大陆漂移说”成立,解读了整个地球的历史,为长达46亿年的地球演化史提供了新的线索。

20世纪30年代,英国生物学家、进化论的奠基人达尔文乘坐“贝格尔”号军舰,历时5年进行环球航行。他对动植物和地质结构等进行了大量的观察和采集。达尔文从进化论的角度发现了生物的进化与变异,从生物学的角度发现远隔重洋的大陆上的生物具有同一性。达尔文也曾提出疑问:为什么各大陆的生物具有同一性呢?当即将捅破大陆曾连接在一起的窗户纸时,达尔文停止了想象,错过了一个伟大发现。不然,达尔文还要增加一顶地球物理学家的桂冠。

据韦格纳博士的信件记载:1910年圣诞节前夕,韦格纳的邻居塔可博士收到一位叫安多列的人绘制的小巧的世界地图。他们两人花了几个钟头的时间,好奇地观察这张地图,皆感惊叹。韦格纳博士的脑海中突然闪过一个想法——南美洲东岸和非洲西岸在很久以前好像曾连在一起似的,两边海岸的边缘极为吻合。当年,气象学家韦格纳确实玩起了弱智的“地理拼图”,发明了“大陆漂移说”。

每一项伟大的发现都是好奇心与想象力的结果。如今,韦格纳博士的“大陆漂移说”受到全世界的尊重,“地理拼图”在太空上看得一清二楚。韦格纳若天上有知,一定会含笑九泉,并感谢地球资源卫星。

“轨道视野”成像卫星

世界最大的卫星图像公司——美国地球之眼公司口号是:让我们把世界看得更清楚!1995年4月3日,第一颗“轨道视野-1”成像卫星发射。美国地球之眼公司共发射4颗“轨道视野”成像卫星,其中“轨道视野-4”发射失败。

成像卫星是指利用数字化光电照相机拍摄影像和照片的卫星。数字化照相机不用胶片、而用芯片记录图像,如数码相机。成像卫星分为光学成像卫星和合成孔径雷达成像卫星。拍摄三维立体图像是“轨道视野”卫星的基本功能。卫星只要瞄准目标,从前到后连续拍摄,经过照片合成就可以显示各个角度的立体图像。每个立体图像都有大于60°的低采集角大于70°的高采集角两个影像,二者之间为30°~45°角。立体图像横向精度为25米,纵向精度为22米。立体图像横向误差为4米,纵向误差为5米。“轨道视野”成像卫星被称为太空摄影家,还是一个传奇的太空摄影家。

第二次世界大战后,英国的一家孤儿院有一个金色头发的小男孩。他最喜欢读《金银岛》、《汤姆索亚历险记》、《阿里巴巴与四十大盗》等探险、冒险类的书。他梦想长大了当一名探险家,突然挖到许多金银财宝一夜暴富,过上跟外面的孩子一样的好日子。后来,他梦想成真,曾成功打捞了80多艘第二次世界大战和古代沉船,被誉为“英国第一探宝家”、“海底探宝英雄”。《国家地理》、《探索》栏目整天围着他转,拍摄他的探宝情况,并称他是“最成功的寻宝家”,他就是迈克·哈齐。

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