揭秘未來 認識地球家園的“遙感”衛星

“南方正在遭受暴雨的侵襲，而北方一些地區卻干旱肆虐，這是何原因，我們該如何去認識？”

“灰霾問題困擾人們幾年了，其來源是什麼，究竟有哪些污染排放物，這些污染物的時空分布特征變化又是如何？”

盡管地球已經有46億年了，但是往往以“當局者”身份存在的人類對這個天然家園的認識還十分有限。在前不久舉行的第36屆國際地球科學與遙感大會上，中外科學家提出了一系列既讓人熟悉又感到陌生的問題，其中有的問題至今還沒有答案。

50多年前漸漸興起的“遙感”技術——一種非接觸的、遠距離的探測技術，給人類成為地球的“旁觀者”提供了新的可能。因這項技術而衍生的“遙感”衛星，則為上述問題的解決提供了一種“看得見”的方案。

同樣是在這個遙感領域最高規格、最大規模、最具影響力的學術會議上，與會科學家透露出該領域目前最前沿的研制方向以及具體計劃，而中國也不例外。國家航天局副局長吳艷華透露，未來10年，我國將發射包括遙感、通信、導航衛星在內的近百顆衛星，其中，遙感衛星佔比超過一半——包括灰霾衛星、中法海洋衛星、全球水循環觀測衛星、高分三號、高分五號等。

未來這些“星”將如何影響人類對於地球的認知？中國青年報·中青在線記者採訪了與會專家，對此進行了解讀。

中法海洋衛星：多度觀測，解密海洋

何謂遙感衛星？國家航天局原局長、中國工程院院士欒恩杰對此有過一個通俗的解釋，他用《中庸》裡的“致廣大而盡精微”來描述：致廣大，指遙感衛星登太空之“高”望“遠”，看得廣大﹔盡精微，指憑借高空間、時間、光譜、溫度分辨率，遙感衛星能抓住物體細小的特征，捕捉細微的變化。

簡單地說，遙感衛星就相當於一個對著地球觀測的大眼睛。在對地球進行觀測時，科學家們習慣將地球的外部圈層分為大氣圈、岩石圈、水圈和生物圈。而針對不同的圈層，有越來越多的遙感衛星“各司其職”，進行觀測。

大會主席、中國科學院國家空間科學中心主任吳季表示，中國現在擁有很多遙感衛星，如氣象衛星、資源衛星和海洋衛星，它們在不斷為科學家和用戶提供地球各方面的數據。這其中，能夠直接觀測相關災害的中法海洋衛星“CFOSAT”格外引人注目。

在探索海洋的路上，使用測量船和地面觀測站是人們所熟知的方式，但海洋衛星卻有著獨特優勢。中國科學院院士、復旦大學教授金亞秋告訴記者，由於在“天上”飛著，海洋衛星時刻圍著地球觀測，能夠從全球角度、多尺度地獲取遙感數據。

中法海洋衛星（CFOSAT）的身上搭載著兩位“乘客”：由中方負責的監測海面風場的微波散射計（SCAT）和法方提供的監測海浪高度和方向譜的海波浪譜儀。這兩位“乘客”在國際衛星遙感應用史上都是首次“露臉”，它們提供的信息和數據將是全新的，而全新的數據意味著更多的未知可能被探索發現。

金亞秋舉了一個例子，當海面起風時，微波散射計能夠立刻測量到回波、輻射量以及溫度的變化。從這些測量值則可以推算出海面風場發生了什麼變化，以及海風、海浪等級是多少，方向是什麼，甚至還可以推算海水鹽分的變化。

除了針對基本物理數據的觀測，CFOSAT衛星還將在國際上首次開展海洋風浪相互作用的聯合觀測。金亞秋說，這將在海洋預報、災害監測預報和海洋科學研究等方面發揮重要作用。目前，CFOSAT衛星初樣階段的研制工作已經完成，將於2018年正式發射。

全球水循環衛星：宏觀觀測，精確數據

全球水循環觀測衛星（WCOM）計劃是另外一個備受矚目的衛星計劃，這是國際上第一個對全球水循環關鍵要素進行系統性綜合觀測的地球科學衛星計劃，可從全局角度觀測整個水循環系統，得出更精確的數據，進而推進相關的災害、水資源分配問題的解決。

大氣圈的水體通過蒸發、水汽輸送、降水等方式，將地球的圈層有機聯系起來，形成了水循環系統。中科院遙感與數字地球研究所研究員施建成表示，目前南方的水災泛濫，以及多地干旱，都屬於水循環特征在發生區域變化所造成的現象。

但目前看來，在水循環系統的遙感觀測領域，對於以降水、洪澇為例的各要素觀測和預報的精度都不夠高——在觀測方面，隻了解宏觀的趨勢，比如撒哈拉沙漠比較干，南方降雨多一些。精度不高的原因，很大程度上要歸結於對水循環這一大系統缺乏整體的認識。

根據施建成的說法，目前國際上先進的遙感觀測衛星，大多隻關注水循環系統中的某一要素。比如，關注降水的衛星，隻能描述出衛星過境時的降水狀況，卻難以給出降水帶來的土壤水分儲存量。他說，由於各環節相互關聯，對一個要素參數的優化，通常會把誤差帶到下一個環節的計算中，這就使得整體地、同步地觀測水循環各要素的數據顯得十分重要。

WCOM計劃就是這種背景下提出來的。相比對各要素的觀測，這顆衛星更關注全球變化背景下水循環各要素的時空分布特征、變化規律以及對於全球變化的響應和反饋。

在這一計劃中，WCOM衛星身上將安裝3個傳感器，針對水循環系統內的5個參數進行觀測。施建成說，這些數據之間可以互相校正，以達到精確數據的目的。比如，在特別關注土壤水分的參數時，植被的數據和土壤粗糙度的數據也會一起出現。在WCOM三個傳感器組合下，各觀測要素的精度將會大幅提升，並將為水循環相關預報模型的改進提供新的機遇。如果一切順利的話，以“整體性”見長的WCOM還將走向更大的“整體”——國際“星座計劃”。

“地球上的科學問題，不是某一個單獨的國家可以解決的。”施建成透露，WCOM將與其他國家發射的衛星一起形成“星座”，聯合觀測全球水循環特征，可使全球不同地區所有的水循環時空分布特征和變化得到更全面的觀測。

一些與此相關的生活、生產問題也有望得到改觀。比如，城市水源來自哪兒、每個水源能養活多少居民......這些數據會因為WCOM衛星而顯得更加清晰。據透露，該計劃目前已進入工程答辯階段，預計2019年到2020年發射衛星。

月球對地觀測：唯一視角，更多可能

月球是地球唯一的自然衛星，也是人類目前唯一能夠抵達的地外星球。在人造衛星之外，利用這顆自然衛星開展對地球的遙感觀測，有著諸多的優勢和不可替代性。

中科院院士、中科院遙感與數字地球所研究員郭華東在接受中國青年報·中青在線記者採訪時說，把月球作為對地觀測平台，形成對地球宏觀科學現象的動態、長周期觀測能力，可獲取星載（人造衛星）對地觀測技術難以得到的科學信息，開辟了全新的對地觀測科學與技術方向。

具體來說，一方面，月基對地觀測具有覆蓋范圍大、平台壽命長、多圈層立體探測等優勢﹔另一方面，月球圍繞著地球運動，有一面總是面向地球，是難得的“大衛星”平台資源，是觀測宏觀科學現象的理想平台。

此外，月球對地觀測有著天然的綜合性優勢。畢竟，月球表面積遠遠大於任何的人造衛星，因而在月球上布設遙感器，不用考慮載荷多少、大小、重量等等，可同時置放很多不同類型的遙感器，形成主被動、全波段同步觀測的能力，對於觀測大尺度地球科學現象——全球環境變化、陸海氣相互作用、板塊構造及固體潮、三極對比研究等會有深入的認識，並有可能觀測到先前未知的科學現象。

簡而言之，在郭華東看來，月基對地觀測的整體性、長期性、穩定性、唯一性四大優勢和特點，有望給空間對地觀測帶來一場革命。

當然，月球為對地觀測帶來諸多優勢的同時，也不可避免地帶來一些挑戰。首先，它必須建立在對月球成熟開發的基礎上，具備形成月球基地的條件﹔其次，作為地球人共同擁有的自然衛星，國家間的共享共建是十分重要的，這也決定了未來的月基對地觀測必須是一個具備相當規模的國際合作科技計劃。

據郭華東透露，目前月基對地觀測還處在論証階段，科學家們正在進行相關的預研究。（實習生 任思遠 記者 邱晨輝）