如何在太空中“看清”地球上的一棵树？

2022-07-13 10:49北京北京科协

图片来源：Pixabay

撰文 | 梅甘·I.甘农（Megan I. Gannon）

翻译 | 贺旎妮

一种新出现的工具很快就能使科学家分析地球表面迷人的细节了——从地球土壤的状态到在地表绽放的植物，再到城市蔓延的具体状况。今年春天，一枚SpaceX “猎鹰9”（Falcon 9）火箭从美国佛罗里达州发射升空，将德国一颗价值约3亿欧元（约63亿元人民币）的环境测绘与分析计划（EnMAP）卫星送入轨道。从秋季开始，世界各地的遥感研究人员可以在航天器绕地球极轨道运行时，将航天器的观测视野瞄准特定的目标。“这令我们超级兴奋。”萨比娜·沙布里亚（Sabine Chabrillat）说道，沙布里亚是EnMAP的首席研究员，也是德国地球科学研究中心的地球科学家。“我们非常有信心获得高质量的数据。”

EnMAP属于下一代高光谱（hyperspectral）卫星任务，它们有望填补遥感领域的一大空白。与普通相机和多光谱成像仪相比，高光谱传感器可以更精确地记录电磁波谱中更宽的波长范围，从而捕捉到各种材料独特的反射波长。尽管其他卫星也可以从太空追踪城市的蔓延，但高光谱技术所获取的光谱指纹可以揭示，有多少城市蔓延可以归因于修建房屋或道路。而且，在由其他卫星发现的出现毒藻华的地方，高光谱数据可以精确指出造成水华的浮游植物物种。“这将大幅提升我们对世界各地生物多样性的了解。”美国加利福尼亚大学戴维斯分校空间技术和遥感中心负责人苏珊·乌斯京（Susan Ustin，未参与这次EnMAP任务）评价道。

沙布里亚期待能够分析地球的土壤，因为工业化农业和气候变化对土壤造成的危害变得越来越多。土壤可以种植食物，也能储存大气中的碳，但监测全球土壤健康状况还相当具有挑战。沙布里亚表示：“我们缺少对全球土壤现状的评估。它们是否已经退化？退化程度如何？退化最严重的地方都在哪里？”而EnMAP将有助于快速回答这些问题。

自20世纪80年代以来，科学家已经认识到星载高光谱成像的潜力，但却很少发射新的卫星。伊丽莎白·米德尔顿（Elizabeth Middleton）是美国航空航天局（NASA）负责高光谱卫星EO-1（地球观测卫星-1）任务的科学家，EO-1属于一项额外的观测任务，于2000年发射升空，到2017年停止服役。米德尔顿表示：“这种卫星具有解决生态应用和科学问题的潜力，但是，NASA负责人对一个卫星任务能否获得资助深感怀疑。他们表示，很有可能不会再发射这种像瑞士军刀一样的多功能卫星。”但这种想法已经发生了改变。乌斯京说：“随着人们对气候变化，以及如何抵御气候变化关注得越来越多，人们也越来越需要以更高的精度了解关于环境的信息。”

EnMAP免费可用的数据还将用于补充其他发射任务的观测结果。此外，NASA和欧洲航天局（ESA）都计划在本世纪末完成高光谱卫星的主要发射任务，从而进一步拓宽我们对地球表面的认识。