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第18章 地球资源卫星(3)

森林防火中还有一件趣事。近年来,航空护林人员常在火区上空采用人工降雨的方法来对付大的火灾。为此,需用飞机在厚积云上部抛撒一种特殊的结晶物体。这种物质促使空中迅速生成冰晶,随后冰晶在一定条件下便引起阵雨。但这种方法常无济于事,因为这种方法的成效完全取决于火灾上空是否出现了厚积云。然而,用一般方法很难抓住厚积云通过火区上空的时机,因此常常失败。可是,利用人造卫星,一天进行数次拍照,可以完全掌握厚积云的位置,并预报它们的运动状态。人们利用这些信息,就能抓住有利时机,实施降雨过程,扑灭大火。

森林工作者已利用太空“卫士”拍摄的黑白照片和彩色照片来发现天然的火障(防火线),把被火烧毁的森林地段标在地图上,分析判断树木受损的轻重,检查森林被烧过的地段树木的生长情况。

太空“卫士”还监视着树木的各种病虫害情况,将病虫害给森林带来的损失告诉人们。例如,在美国太平洋沿岸,卫星照片告诉人们,虫害毁坏的树木比火灾毁掉的树木多15倍。太空“卫士”时刻在监视着树木的病虫害情况,及时提醒护林人员病虫害威胁树木的危险。从太空拍照的照片告诉人们,哪里森林受虫害,哪里森林受天灾了……

可以说,监视森林的卫星,是名副其实的忠实“卫士”。

卫星考古的实现和取得的成果

我们知道,许多古迹都是埋在地下的,很难发现。而卫星的遥感器就有这种本领。为什么?前面我们讲过,植物对红外光谱的反应特别敏感,有病害的作物叶绿素遭到破坏,减弱了对红外谱段的反射能力,在卫星相片上呈现较暗的颜色,而健康植物呈现的是鲜红色。利用这种差别,卫星可以监视农作物病虫害。同样,利用植物在卫星遥感图上的这一特征,就可以进行考古研究。因为,在埋有古迹的地方像城堡、古墓等等,土壤层比较浅,上面生长的植物由于根系受限制,容易枯黄、低矮。这种现象人眼不易识别,而红外探测能灵敏地反映出来。

与通常地质考古相比,利用卫星考古有许多优点:

第一,太空考古,从几百千米之外的高空进行,能清晰地俯瞰地球的面目,扩大考古学家的视野;

第二,太空遥感能透过地面,探测地下古迹;

第三,能发现水中的古迹、古物,扩大考古学家研究的范围;

第四,不限于记录古迹,也记录各种环境信息,组成丰富的历史数据。

何况,太空考古还是非破坏性考古勘探,因此,有很大发展潜力。

更有趣的是,太空遥感图解决了几世纪的争论。例如,人们把非洲和南美大陆的照片放在一起,就会发现它们的边缘大致相吻合的绝妙现象。这一遥感成果,使得曾一度沉默的大陆漂移学说活跃起来,同时也为新的地质构造理论——板块学说提供了有力的佐证。

1972年7月,美国发射第一颗地球资源卫星“陆地卫星1号”,这颗卫星的对地摄影,第一次从太空把秘鲁纳斯卡平原上的巨型神奇图案清晰地展现在人们面前。

1981年1月12~14日,美国“哥伦比亚”号航天飞机进行了第二次轨道试飞,在判读其成像雷达拍摄的地面照片时,发现了埃及苏丹境内沙漠下宽25~30千米的巨大河流,其流域面积比尼罗河大25倍。这引起了科学家利用航天器考古的巨大兴趣。此后,利用人造地球卫星和航天飞机等航天器的飞行,进行了更多的考古活动,已经促成太空考古学的诞生。

著名的丝绸之路,是约2000年前沟通中国西部和中东地区的商道,其西端一直延伸到欧洲的意大利罗马城。中国的丝绸和中东的香料是这条商道上流通的主要货物。但后来大部分路段被沙漠所掩埋。20世纪初,英国和瑞典等国的一些探险家对丝绸之路进行过考察,虽发现一些踪迹,但成效不大。

美国航天飞机在1993~1997年的3次飞行中,对丝绸之路进行了探测,法国的“斯波特”和美国的陆地卫星等卫星也对丝绸之路拍了照。联合国教科文组织和中、法、英、美、日等国的专家学者对这些照片进行了分析研究。一些人还在导航卫星的引导下,对丝绸之路进行过实地考察。日本学者还根据卫星图像绘制了丝绸之路图。

在中国西北塔克拉玛干沙漠腹地,考古学家利用卫星找到了消失了近两千年的古精绝国遗址,发现了用芦苇编成的院墙、用湖泊淤泥沉积物切块垒积而成的佛塔。这一发现证实了唐代(公元618~907年)旅行家玄奘“古精绝国在大泽中”的记载。

考古学家还运用航天遥感,在长江下游发现了12202座古代遗址。这些遗址属于新石器时代到春秋时期。

我们知道,地球资源卫星要从地面拍摄大量信息资料,那么,它们是怎么从大量的信息资料中发现古迹的呢?这就要说说图像的判读。

在判读前,人们先通过野外观测和遥感试验,对各种目标进行反复观测,找出各种目标在不同条件下的光谱特征。如美国曾于1969年对60多种水、600多种岩石和矿物、1000多种土壤和3000余种植物进行了光谱特征的测定和分析,作出一个简单物质光谱分析表——判读标志,这些就是判读目标的依据。

地面接收到地球资源卫星发回的信息,经过几何校正和辐射校正以及投影变换后,得到比较真实的图片或电信号,就可由人工直接判读,或送往光学设备和计算机,采用假彩色影像增强技术和计算机自动识别、分类技术,从背景中找出目标。

人工判读是将航天照片用放大镜立体镜进行观察,把各类矿物和地质现象在色调、形态、水系和植被发育等方面的特征分别加以归纳,依据判读标志识别出不同地质体和地质现象。地壳看起来是那样巨厚,但是它与地球直径比起来,却好像鸡蛋壳那样薄。在漫长的地质发展过程中,组成地壳的岩层受到多次挤压、拉张或扭动,因而产生了不同形态的褶皱和裂缝——断层,有的地区上升,有的地区下降,形成了复杂的地质构造。用立体镜或判读仪,对相邻而又有一定重叠部分的两张照片进行观察,可以重现野外山川多姿而壮观的真实形象,从而能在照片上识别出褶皱和断层的面貌,分析它们的组合关系和在形成过程中所受作用力的性质。自然,一些较大的古遗迹,用立体镜一看就一目了然,很快就能辨识出来。

我们知道,各种地物都有其独特的光谱特征。卫星照片的计算机判读就是根据这些特征的差异去辨认各种不同的物体。事实上,用计算机对遥感地质信息进行处理,不仅断层线清楚,而且各种岩石和不同时代的地层之间都有可以区分的色差。用计算机可以方便地进行比值变换、信息提取,这是对某些地质内容进行有效判读所需要的。

除了人工判读和计算机判读外,还有一种叫假彩色影像增强判读。所谓假彩色是相对真彩色而言,在假彩色像片上,物体呈现的颜色并不是它的自然景色。多光谱影像经过假彩色处理,可以把我们需要判读的物体突现出来,起到影像增强的作用,以便更准确地分析和鉴别这些物体。如在一张假彩色合成相片上,海底暗礁上生长的海藻,犹如万绿丛中一点红,鲜艳夺目,而在黑白相片和真彩色相片上是见不到这种情景的。埋在地球深处的古遗迹,用假彩色表示,色感很强,一目了然。

不论是人工判读、计算机判读或假彩色影像增强判读,其结果都属假定,还必须由有经验的地质工作者或考古学家给予科学的解释和说明,经过实地验证,才能最后判定它的可靠程度和实用价值。

可以说,航天考古给考古带来了革命性的变化,世界各国的历史学家纷纷利用卫星这个有力的工具。美、俄、英、中、日、法、意大利以及土耳其、菲律宾等国的考古学家已取得了良好成绩。可以预见,随着航天技术的发展,一座座历史宝库将向人类敞开,灿烂的古代文明将越来越展现得淋漓尽致,光彩夺目。

知识点航天遥感

航天遥感是指利用装载在航天器上的遥感器收集地物目标辐射或反射的电磁波,以获取并判认大气、陆地或海洋环境信息的技术,可分为:可见光遥感、红外遥感、多谱段遥感、紫外遥感和微波遥感。航天遥感系统由遥感器、信息传输设备以及图像处理设备等组成。装在航天器上的遥感器是航天遥感系统的核心,它可以是照相机、多谱段扫描仪、微波辐射计或合成孔径雷达。

寻找水源和保护水资源

俗话说:一滴水,一滴油。淡水对于海岛和久旱的人们来说,是多么珍贵。

美国夏威夷群岛上的居民长期以来迫切希望得到足够新鲜的淡水。但是岛上的人们就是找不到淡水源。怎么办?人们祈求卫星帮忙。美国的卫星多次飞过夏威夷岛上空,用遥感仪器拍摄了这个岛区的照片。当这些照片传送到地面后,专家们发现某些岛屿沿海处的温度辐射比周围的要低10℃,因而根据照片所示的坐标点到现场去实地勘探,结果发现那里竟是地下淡水的入海口处,就这样,奇迹般地一下子为夏威夷群岛上的居民找到了200多处地下淡水源。

在非洲的塞内加尔河流域,也出现过类似有趣的事。

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