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第14章 环绕地球运行的人造卫星(5)

新一代的卫星导航系统不仅能连续确定海船,而且能在全球范围内确定民航飞机的位置;不仅确定它们的坐标位置,还能确定它们的航速。例如名叫格罗诺斯的卫星导航系统就是一个代表。计划在第一阶段使用11~12个卫星,在高度为19100千米、倾角约65度的圆形轨道上运行,1995年前发射。第二阶段扩展到24颗卫星,1995年后发射。所有24颗卫星在3个不同轨道平面内绕地运行,每个平面有7~8颗卫星。

卫星导航对提高民航飞机运行效率和飞行安全具有重大意义。由于民航业的发展,目前在北大西洋和北太平洋航线上,空中交通已相当拥挤,并已趋饱和。现有空中安全标准规定,两飞机的侧向距离需保持100千米,纵向距离约需140千米。若能缩短此安全标准距离,飞机客运量便可大大提高。采用卫星导航,空中交通管制人员便可准确知道飞机在什么地方,把飞机安排得近一些。卫星导航可使飞机减少延误,从而提高燃料效率。若飞机在海上坠毁,搜寻小组也可较清楚地确定搜寻地点。

美国和俄罗斯的卫星导航系统将联合起来,共同解决空中交通管制问题。例如从1991年起美国西北航空公司的一架波音747飞机上将同时安装美、俄两国的导航卫星接收机,以确定它在飞行中的坐标位置和速度。

空间技术助人类勘探地球资源

在人类面临的众多问题中,最重要的莫过于食物、环境和能源问题。这些问题只有依靠科学技术的进步才能获得解决。在这方面,从空间研究地球的前景十分诱人。目前已经从空间航天器获得大量信息,用于促进生产力的发展和环境的监督与保护。例如这些信息广泛用于地质、测绘、农业、森林、水资源管理、捕鱼、海洋地图、土壤改良以及城市规划。人们已经认识到,利用空间技术进行地球自然资源研究和环境的监督与保护,对人类社会有着极端重要和刻不容缓的作用。

在地球自然资源的研究上,应该指出目前来自空间的地球照片的一半为地质学家所用。因为从空间获得的地球遥感图像照片具有宏观特性,专家们常常利用图像上显示出来的色调、水系、地形形态和阴影以及由它们组合的花纹等标志进行分析和研究,去识别它们的分布关系和规律,从中寻找地下宝藏所在部位和地质现象如蚀变带等。这就大大补充了常规地质方法得不到的地质现象。这种照片还能使专家们确定地壳裂缝集中的区域、带矿熔岩沉淀的期间。使用常规技术的地质队要发现并弄清其成因,则要花上几十年时间。

空间获得的地球图像是它的外貌的缩影,地球上许多地质构造和岩浆活动现象是通过地貌显示出来的。地球上矿产分布也是有规律的,这种规律与成矿的地质条件有关,在空间地球图像上恰恰能显示出这种成矿地质条件的规律,这样就可利用空间地球图像来寻找矿产资源的分布。例如,美国在内华达州戈尔德菲尔德矿区,岩浆热液侵入围岩所发生的化学反应,在地壳上形成不同的颜色蚀变带。从卫星比值图像上形成的不同色调或彩色的环状条带上,可发现褐铁矿蚀变带呈绿色或褐色。利用这种彩色,在区域中寻找到了相似的地区,成为有希望的找矿地段。又例如法国在尼日利亚发现一些南北向的线性裂隙控制着铀矿。根据这一线索,从卫星图像上铀矿所在盆地的北部也发现了南北向线性裂隙,经过普查,果然有铀矿。

利用空间地球图像显示出来的微小地形变化和水系的组合形式,还可以推测出一些储油构造。如美国在科罗拉多西北部莫法特岛和桑恩堡地区利用坚硬的砂岩山岭圈定出储油的背斜构造。利用放射状水系图式和“环抱”的河流分布,研究出皮塞昂士溪气田是一个封闭的背斜构造。还用卫星地球图像上不同的标志和油气田之间的关系,直接评价油田,大大加快了石油普查和勘探的速度。在前苏联,利用地球资源卫星的遥感图像照片也帮助发现了位于里海附近的含天然气区域,弄清了西伯利亚的石油储量以及北部西伯利亚、远东和雅库特等地区的矿床资源,还有将近100个颇有商业前景的大范围矿泉藏量也被发现。

从空间地球图像上分析地球的断层,要比常规填图方法去测绘优越得多。它不但能核实断层,而且还能发现一些未被发现的断层或隐伏的线性断层。地球上许多断层是岩浆的通道,它可以直接控制某些矿床。所以人们用解释地球图像得到的许多线性断层交叉部位或密集部位去寻找岩浆矿床,这就大大缩短了野外勘察的时间,而且也节约了人力、物力。目前许多国家利用这种方法来寻找铀矿、多金属和铁矿,收到了不同程度的效果。

地表以下的隐伏地质体,埋藏深度在地表以下几米到几千米,一般不易发现。可是利用空间地球遥感图像寻找隐伏的地质体就比较容易。它主要通过生物地球化学、土壤以及植被的光谱特性差异,从显示在图像上的花纹标志去识别。例如,一个地区含有隐伏的铜体,铜对植被有毒害,往往会使植物的叶发黄、形畸变以致枯死,不同的含铜量,植被中毒程度也不同,这种现象会在卫星地球图像上清楚地显示出来,从而间接地绘出隐伏地质体和矿化的部位。空间地球图像主要反映地表信息,如果用物探资料航磁、重力等结合地质理论和图像的解释进行综合分析,专家们不但能用空间地球图像观察地表现象和隐伏的地质体,也能用物探资料引证和推测地壳内部的地质现象,从而达到比较正确的判别地质体和成矿部位的目的。

地质图是地质找矿中的基础图件,地质填图则是区域找矿中的基本方法之一。如果有一张比较精确的地质图,对寻找矿床会有很大帮助。现在有些国家利用地球图像显示的不同色调、水系、地形形态和花纹特征编制全国地质图,有的还利用空间技术专门发展一个系统用于研究地球资源。空间技术使人类对地球资源的研究走上了新台阶。

不仅仅是地质学家需要从外层空间拍摄的地球资源照片,农学家、森林学家也需要大量地球照片,因为这些照片可以帮助监视土地和植被覆盖状况,使得有可能解决很多农场、森林和环境的保护问题。通过对空间拍摄的地球照片研究,专家们能确定植物种类,区别病害植物,估计牧场和谷物区生长状况,并发现旱灾、水灾、火灾对庄稼的影响。这些照片上载有土壤温度、湿度、力学构造和含盐量信息,因此能帮助找到适于耕种的区域。使用不同光谱的感光胶卷,从空间可拍摄到森林资源的精确照片,绘制森林分布图,确定枯木林、木材林、沼泽地和草原区的面积,这对制定林业计划、水土保持、调整水文过程、保持稳定的雨量以及影响小气候,都是很重要的。

这里具体介绍一下怎样利用卫星观测作物。要实现这一点,是要做很多工作的。首先,要在地面上对农作物进行观测研究,例如系统地研究不同作物的自然红外辐射并编出标志目录,利用不同的光谱特征区别诸如下列作物分类:沼泽水生植物、草原植物、平原旱性作物、半沙漠区耐寒作物。对每一类植物作出深入的光谱反射研究。第二,在地面上对农田地形、作物每周发生的变化、生长情况,一一细加观测,此外还要与以往资料比较,才能看出卫星观测作物整个生长过程的效能。地球作物观测卫星上装备的高分辨率、高灵敏度红外探测器,对地面作物进行连续观测和监视。为了可靠地鉴别作物生长特性,美国曾在全国范围内作过大面积作物估产实验,并把卫星所观测的结果与农田耕作的实产加以核对。现在,美国不但能有效地观测作物生长情况,也能够相当准确地预报农作物收成;不仅能预测本国作物收成,也能对世界谷物产量,主要是对前苏联境域、加拿大、中国、印度、澳大利亚、阿根廷等国家的作物进行观测,并预报收成。

美国在苏福尔斯建立了一座最好的直接接收陆地卫星照片的地面站。该站从接收卫星照片到加工判读都是流水作业,并将收得的数据用计算机加以处理,之后,予以分类,按照不同用户需要及时地分送到用户手中。

知识点红外辐射

红外辐射又称红外线、红外热辐射等,是太阳光线中众多不可见光线中的一种,由德国科学家霍胥尔于1800年发现。他将太阳光用三棱镜分解开,在各种不同颜色的色带位置上放置了温度计,试图测量各种颜色的光的加热效应。结果发现,位于红光外侧的那支温度计升温最快。

因此,霍胥尔得到结论:太阳光谱中,红光的外侧必定存在看不见的光线,这就是红外线。也可以当做传输之媒界。在绝对零度(-273℃)以上的物体都辐射红外能量,所以红外辐射是红外测温技术的基础。

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