人在做 它们在看——世界环境监测卫星史话

　　1957年，第一颗人造卫星被送入太空后不久，研究人员就发现利用卫星对地球进行连续性的环境监测很有必要，因为地球大气和海洋环境的变化方式难以预测，唯有长期观测记录之后，人们才能可靠地认识环境变化的规律，防范灾难的来临。当今世界，欧洲、美国和日本在地球环境监测方面走在了前边。

　　欧洲环境卫星各肩重任

　　欧洲航天局（ESA）前身是欧洲航天研究组织，成立于1964年，是欧洲20个成员国政府间的空间探测和开发组织，总部设在法国巴黎，发射场则设在万里之外的法属圭亚那（位于南美洲北部的一个法国海外属地）。在发射卫星方面，欧洲的阿丽亚娜4号和5号火箭因为很高的发射成功率名闻遐迩。

　　根据欧洲航天局网站资料，该局地球监测项目一共有8个，包括MetOp（极地轨道卫星）、哨兵（欧洲环境卫星）和恩维萨特（Envisat，欧洲地球环境监测卫星）等，每个项目都有不同的观测重点。

　　2006年升空的第一颗MetOp卫星，携带有12种仪器，能记录温度、湿度、风速以及臭氧的地球覆盖率，可监测太空环境，并搜索遇难船只及飞机发出的信号。可以说，MetOp系列卫星搜集到的数据给地球气候和环境监测方式带来了一场革命。

　　哨兵系列是欧洲航天局地球观测卫星的组成部分，共包括5颗地球观测卫星，发射时间一拖再拖，第一颗卫星预计在2014年春天发射。根据有关计划，哨兵-1将取代正在太空服役多年的恩维萨特卫星，承担起未来监控地球环境的重任，哨兵-2将进行陆地监测，哨兵-3可以监测海水颜色和温度的变化，对洋流和海岸线污染状况进行判断，哨兵-4和哨兵-5则对气象气候进行监测。

　　谈到欧洲的地球环境监测卫星恩维萨特，它有一些不同寻常的故事值得一讲。

　　硕果累累的恩维萨特

　　早在1988年，面临诸多环境问题的欧洲科学界就意识到，借助航天技术监测和保护环境的迫切性和必要性，欧洲航天局由此萌发了制造一个超级卫星的念头。在等待了10多年后，2002年3月，恩维萨特由阿丽亚娜5型火箭送入太空，欧洲14国为这一刻等待了10多年。这个巨无霸重达8吨多，太阳能电池板打开后，有26米长，6米宽，10米高，总造价达15亿欧元，是欧洲航天局迄今为止，所生产的最大、最昂贵、最先进的地球环境观测卫星。

　　大块头有大智慧。恩维萨特携有10个地球和大气观测仪，其中最大的仪器——高级合成孔径雷达可以提供分辨率为30米的雷达图片，有助于掌握海上污染、浮游生物以及冰山变化等情况；大气制图光谱扫描影像仪负责测量大气中的二氧化碳浓度，有助于研究森林、工业、交通等各种与二氧化碳浓度有关的各种因素之间的关系，为制定二氧化碳减排政策提供科学依据；红外线分光仪可以捕捉到大气中极微量气体的痕迹；全球臭氧检测仪负责测量大气不同层面的臭氧情况等。

　　升空后的恩维萨特可谓取得了累累硕果，每天为世界各地约4000个科研项目提供数据，人们从它那里得知北极冰层渐少，或者石油泄漏的范围。达恩维萨特的设计寿命于2007年到期，但因为运行状况良好，它的退休被两次推迟。2012年3月，欧洲航天局为它举办了盛大聚会，专门庆祝它的10周岁生日。一个多月后的4月8日中午，恩维萨特在发回一张加那利群岛的图片后，便毫无征兆地从茫茫太空中消失了。欧洲航天局不断发出信号，希望能再次捕捉到它，可惜一直没音讯。

　　7天后，恩维萨特戏剧性地现身。法国的普莱德兹卫星与失踪的卫星擦肩而过，二者相距大约100公里，普莱德兹卫星拍摄的清晰图像表明，恩维萨特完好无损，太阳能电池板呈展开状态。与卫星失去联系一个月后，欧洲航天局才在2012年5月9日发表公告，宣布恩维萨特正式退休。

　　美意外发现卫星可观测环境

　　卫星可用于环境观测是美国意外发现的。1954年，美国利用二战末得到的德国V2火箭携带相机从高空拍摄地球照片，发现自上而下观测云图具有很大应用价值。

　　1960年，美国发射了泰罗斯-1号卫星，利用电视摄像技术首次获得了显示大尺度天气系统特征的完整卫星云图，这极大激发了人们从空间观测地球的热情，一个卫星应用的新时代开始了。

　　1975年，美国国家海洋和大气管理局的同步静止轨道环境卫星GOES-1开始运行。此后，GOES系统提供的数据，就成了美国天气预报的基本信息来源。

　　现在，该系统共有4颗卫星在地球同步轨道上运行——这意味着它们与地球的位置相对保持不变。它们分别在2001至2010年间发射升空。美国国家海洋和大气管理局利用GOES卫星系统不断更新的数据，对天气、风暴和环境进行监测，而科研人员则利用这些数据来了解陆地、大气、海洋和气候之间的相互作用。2015年和2017年，美国还将发射该系统的另外两颗卫星。

　　美国国家航天局也有数颗环境监测卫星，Terra是其中之一。这颗卫星是美国国家航天局于1999年发射的，可提供全球一氧化碳及其他污染物的动态数据，并能监测大气、陆地、冰川和海洋的运动状况。

　　对GOES卫星系统感兴趣的网友，可以去美国国家海洋和大气管理局官网的“GOES卫星系统”专题页面（www.goes.noaa.gov/index.html）查阅这些卫星发回的红外和可视图片等数据。

　　间谍卫星也插手环境监测

　　有的读者朋友会说，欧洲恩维萨特卫星发回的图片，其分辨率才30米。要知道，美国最先进的间谍卫星可拍出分辨率为0.05米的影像。相比之下，恩维萨特卫星真是弱爆了。的确，环境监测卫星的分辨率与军用间谍卫星没法比，这也是近年来强大的间谍卫星插手环境监测的原因。

　　2009年7月，就在美国国家科学院建议情报界“应该准予发表和传播所有北极海冰影像”的几个小时之后，美国地质服务机构就出版了一套高分辨率的北极冰层图像。以前，环境卫星拍摄的海冰图像的分辨率为15米，间谍卫星提供的图片分辨率达到1米。

　　虽然美国间谍卫星在过去多年中拍了许多清晰的图像，但只有一小群经过忠诚调查的科学家才能见到某些图像，而且还不能公开使用。

　　2010年初，《纽约时报》以《中情局利用间谍卫星帮科学家监控环境》为题，披露美国中情局正与顶级的科学家展开一个合作项目，利用卫星和传感器等政府情报资源观测云层、冰川、沙漠、雨林等，以评估复杂的环境变化。种种迹象表明，美国情报机构显然意识到，全球环境问题中的一些问题也是安全问题，所以也开始改变以前总是捂着盖着的心态和做法了。

　　日本卫星观测温室气体独步全球

　　日本的环境监测卫星技术也不容小视。2006年1月，日本“大地”号卫星升空，其主要使命是测绘地表并提供相关图像，为地图绘制、灾害监控和资源探测等工作服务。它搭载有3台高性能的遥感仪，重约4吨，堪称世界最大级别的陆地观测卫星。

　　2011年4月22日，日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）宣布，“大地”号陆地观测技术卫星在超期“服役”3年多后，由于失去电力供应，无法再继续进行观测。2009年2月，美国的“轨道碳观测（OCO）”卫星发射失败。同年1月23日，日本成功发射温室气体观测卫星（GOSAT），这是目前全球唯一的温室气体观测卫星。科学家通过分析GOSAT卫星的观测数据，可以确定二氧化碳和甲烷的全球分布情况。这些气体的情况随季节、年份和地点发生变化。这些成果让人们对全球变暖的起因有更深入理解。

　　卫星最后的归宿

　　美国五星上将麦克阿瑟曾有如下名言：“老兵永远不死，只会慢慢凋零。”用这句话来形容恩维萨特和“大地”号这样“鞠躬尽瘁”的卫星，也很合适。不过，这些为地球环境坚持到最后一刻的卫星，如果死无葬身之“天”，反而会给空间环境造成危害。众所周知，太空垃圾就是这么来的。

　　拿恩维萨特来说吧，它坠入大气层大约得等到150年后。如此大质量、大体积的失控卫星一旦和其他卫星撞击，将形成数量多得让人恐怖的太空垃圾。类似情况如不控制，就很可能发生“凯斯勒现象”——在近地轨道运转的物体多到一定程度时，这些物体在碰撞后产生的碎片会形成更多的新撞击。结果就是，近地轨道将被危险的太空垃圾所覆盖，发射什么都要被撞坏。到那时，恐怕只能靠太空机器人去清理了。

　　为了避免这种糟糕的结局发生，退役卫星经常采用两种方式来“自我了断”。其一是“燃烧”。就是让地球轨道卫星进一步降低轨道，坠入大气层烧掉；其二是“冷藏”。让高轨道上的同步静止轨道卫星进入太空坟场轨道——比同步轨道还要高300公里处的地方。

　　早在1997年，为了保护宝贵的同步静止轨道空间，国际组织间太空废物协调委员会就对太空坟场做了规定，但是执行情况并不好。主要原因是，将同步静止卫星变轨到坟场轨道上所消耗的燃料，还能让卫星在轨运行3个月。这就使得一些国家打小算盘，不坚持到最后不挪窝，结果往往是到后来心有余而力不足。

　　2005年的“第四次欧洲太空垃圾会议”资料表明，仅俄罗斯就在同步静止轨道最拥挤的中部丢弃了26颗同步卫星。相比之下，美国在这方面执行得最好，美国联邦通信委员会（FCC）规定，在2002年3月18日以后，凡是由美国许可发射的卫星被废弃后，都必须被送到太空坟场“安葬”。

　　本刊主笔 刘国伟

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