Исследования Земли из космоса
В реферате отражена история исследования Земли из космоса, опысывается опыт применения искусственных спутников для исследования природных ресурсов Земли.
Скачать:
| Вложение | Размер |
|---|---|
 issledovaniya_zemli_iz_kosmosa.doc | 842.5 КБ |
Предварительный просмотр:
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение
основная общеобразовательная школа №15
муниципального образования Успенский район
Райд Юлия Александровна
8 класс, 30.06.1997г.
Руководитель:
Старикова Татьяна Васильевна
Тел. 8861067251
Факс: 886104067226
2012 г.
Содержание:
I. Введение
История исследования Земли из космоса
II. Применение искусственных спутников для исследования природных ресурсов Земли:
1. Картография
2. Сельское хозяйство
3. Лесные пожары
4. Океанография
5. Рыболовство
6. Ледовая разведка
7. Нефтяные загрязнения
8. Загрязнение воздуха
III. Заключение. Выводы.
IV. Используемая литература:
Аннотация
В ряду разнообразных космических технологий можно выделить несколько блоков. Это — создание ракетно-космических систем и изготовление бортовой аппаратуры для них; телекоммуникационные (связь, телевидение и т. д.) и навигационные технологии (точное определение координат всевозможных наземных объектов); а еще — дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ) — съемки нашей планеты со спутников, находящихся на околоземных орбитах.Если в первые годы развития практической космонавтики основное внимание уделялось созданию и совершенствованию ракетно-транспортных систем (в том числе и для решения военных задач), то в настоящее время, как свидетельствует, в частности, зарубежная аналитика, на первое место по прибыльности выходит блок исследований Земли из космоса. Их результаты используются в самых разных отраслях экономики. Только из космоса можно одновременно собрать глобальную информацию о состоянии атмосферы и океанов, сельском хозяйстве и геологии, о результатах деятельности человека, непрерывно изменяющей условия жизни на Земле (увы, не всегда в лучшую сторону!).
Сотрудниками лаборатории климатических исследований отдела исследований Земли из космоса ИКИ РАН накоплена и постоянно пополняется база данных спутникового мониторинга Земли, полученных в рамках программы DMSP (Defence Meteorological Satellite Program) с радиометрическими приборами на борту.
DMSP — это программа долговременного мониторинга Земли, поставляющая оперативную глобальную метеорологическую, океанографическую и солнечно-геофизическую информацию. Спутники наблюдения особенно эффективны для исследования природных ресурсов, которые меняются и возобновляются со временем.
I. История исследования Земли из космоса
Человек впервые оценил роль спутников для контроля за состоянием сельскохозяйственных угодий, лесов и исследования других природных ресурсов Земли лишь спустя несколько лет после наступления космической эры. Начало было положено в 1960 г., когда с помощью метеорологических спутников были получены подобные карте очертания земного шара, лежащего под облаками. Эти первые черно-белые телевизионные изображения давали весьма слабое представление о деятельности человека, и тем не менее на одном из них были отмечены слабые пятна на снегу в северной Канаде, которые оказались следами расчистки лесов.
В мае 1963 г. американский астронавт во время полета на корабле «Меркурий» поразил наземный персонал сообщением о том, что он видит дороги, строения и даже дым из труб. Наземная служба управления приняла это за галлюцинации! Последующие полеты в космос подтвердили наблюдения Купера. На цветных снимках, сделанных астронавтами, были зафиксированы изменения в городской застройке и прогресс в сооружении новых дорог в течение шестимесячного интервала между полетами, были доставлены из космоса четкие изображения полей пшеницы. На некоторых космических снимках можно было выделить места выпадения дождя накануне вечером, причем не по виду мокрой земли, а по различным цветовым оттенкам, связанным с «развитием локонов» растительности. Вскоре были разработаны новые технические средства, позволявшие повысить качество наблюдений, были использованы достижения в области военных исследований по расширению возможностей обзора с разведывательных самолетов. Информация извлекалась из многоспектральных изображений в видимом и инфракрасном (ИК) областях спектра, что давало возможность различать незначительные изменения ИК-излучения на Земле, не воспринимаемые глазом человека, но содержащие важную информацию.
Аппаратура наблюдения была двух основных типов: камеры, заряженные пленкой, чувствительной только к ИК-излучению, и радиометры, представляющие собой специальные радиоприемники, настроенные только на длины волн ИК-диапазона. Например, на первых ИК-фотографиях, полученных с исследовательских самолетов, можно было различать поля с нормально развивающимися и пораженными болезнями сельскохозяйственными культурами. Участки здоровых культур имели на фотоснимках ярко-розовый или красно-белый цвет, а пораженных культур - сине-черный цвет. При этом начало заболевания зачастую удавалось обнаружить раньше, чем фермеру на земле. Многоспектральные датчики, широко используемые в настоящее время на спутниках наблюдения, основаны на едином принципе: объекты и явления на земной поверхности в общем случае можно распознать по энергии излучения, которое они испускают или отражают. Спектральная характеристика растительности иная, чем горной породы, почвы или воды. Изображения представляются в цифровой форме и передаются на параболические антенны наземных приемных станций, где они записываются на магнитофонную ленту.
II. Применение искусственных спутников для исследования природных ресурсов Земли
1. Картография
Одной из первых областей применения изображений земной поверхности, полученных в соответствии с программой исследования природных ресурсов, была картография. В доспутниковую эпоху карты многих областей, даже в развитых районах мира, были составлены неточно. Изображения, полученные с помощью спутников позволили скорректировать и обновить некоторые существующие карты масштабом 1:250 000 и менее. Свежая информация позволила выявить развитие городов со времени выпуска последних карт, изменения дорог и железнодорожных путей.
Изображения со спутников также были использованы для построения подробных карт, необходимых при строительстве дорог, прокладке железнодорожных путей и ирригационных каналов. Появилась возможность составлять карты подводного рельефа, например коралловых рифов, представляющих потенциальную опасность для мореплавания. Основным фактором снижения стоимости картографирования является высокая скорость космической съемки по сравнению с другими методами
2. Сельское хозяйство
Используя полученные со спутника, исследователи могут идентифицировать отдельные культуры на полях. Среди различаемых культур злаки, кукуруза, соевые бобы, сорго, овес, травы (четыре вида), салат, горчица, томаты, морковь и лук. Ученые различают влажные засеянные поля и голую землю на больших площадях. Такие возможности позволяют осуществить глобальное наблюдение производства продуктов питания, которое поможет человечеству избежать опасности недостатка продовольствия. Исследователи также сосредоточили внимание на возможностях достижения лучшего использования ресурсов сельскохозяйственных культур и леса. Благодаря регулярным наблюдениям со спутников можно установить наилучшие сроки посева и жатвы, обеспечивающие максимальный урожай, путем контроля состояния почвы и содержания влаги; в период роста можно провести инвентаризацию культур и заблаговременно оповестить о засухе, наводнениях и эрозии.
Подобного рода сельскохозяйственное инспектирование позволило бы провести инвентаризацию на территории тропиков, потенциально пригодной для земледелия после расчистки, и получить информацию о плодородных и засушливых районах, которые можно сделать плодородными посредством ирригации. Система наблюдения за естественными угодьями из космоса позволила установить наилучшие сроки выгона крупного рогатого скота на пастбища.
3. Лесные пожары
Использование информации со спутников выявило ее неоспоримые преимущества при оценке объема строевого леса на обширных территориях любой страны. Стало возможным управлять процессом вырубки леса и при необходимости давать рекомендации по изменению контуров района вырубки с точки зрения наилучшей сохранности леса.
Благодаря изображениям со спутников стало также возможным быстро оценивать границы лесных пожаров. При обзоре территории Канады было зарегистрировано 42 очага огня в северной части одной из провинций, что позволило оценить масштабы опасности
4. Океанография
Кроме фотографирования океанов различные спутниковые системы позволяют получать информацию непосредственно с моря. Автоматические океанские буи могут измерять местные температуры воздуха и поверхности воды, температуру, давление и содержание соли на глубине, высоту волн и скорость поверхностных течений. Эта информация, переданная по команде на спутник, записывается и ретранслируется на одну из наземных станций для оперативного распространения.В настоящее время можно получать информацию о состоянии моря непосредственно со спутника методами микроволновой радиолокации (обратное рассеяние).
5. Рыболовство
Рыбаки Тихого океана используют информацию со спутников по расположению тепловых границ в океане, у которых обычно скопляются лососевые рыбы и тунец благодаря высокому содержанию корма в воде. Благодаря спутникам, поставляющим информацию о постоянно меняющемся пути течений Гольфстрим, рыбаки использовали её для выбора рациональных маршрутов. Что касается глубоководных наблюдений, то современные чувствительные приборы спутников способны «видеть» при чистой воде на глубине до 20 м. В Карибском море это, например, позволило составить карту ранее неизвестных мелей. Проводятся исследования океанов с борта станций , а также со спутников, производящих измерения электромагнитного излучения морской поверхности в видимом, инфракрасном и микроволновом диапазонах. 
.
Эти приборы предоставят информацию о
1) прибрежных загрязнениях,
2) сохранении и использовании рыбных запасов,
3) прокладывании маршрутов судов с учетом океанских течений,
4) учете силового воздействия волн при проектировании сооружений в открытом море и электростанций, использующих энергию волн,
5) картировании полярных шапок, температур океана и ветров с целью лучшего предсказания изменений климата и погоды.
6. Ледовая разведка
Использование спутников для целей обзора облегчило задачу прокладывания курса морских судов. При эксплуатации советского атомного ледокола «Сибирь» была использована информация с четырех типов спутников для составления наиболее безопасных и экономичных путей в северных морях. В одном из таких плаваний ледокол прошел путь от Мурманска до Берингова пролива. Получаемая с навигационного спутника «Космос-1000» информация использовалась в вычислительной машине корабля для определения точного местоположения. Со спутников «Метеор» поступали изображения облачного покрова и прогнозы снежной и ледовой обстановки, что позволило выбирать наилучший курс. С помощью спутника «Молния» поддерживалась регулярная связь корабля с базой.
Навигация судов в холодных морях полностью зависит от знания свойств, распределения, разнообразия и поведения льда и айсбергов. Для составления прогнозов необходима информация о температурах воздуха и моря, выпадении осадков, ветрах и течениях. Сведения о толщине льда на озерах и реках, а также о ледовой обстановке на море можно получить со спутников с помощью инфракрасных датчиков в условиях отсутствия облачности. Пассивная микроволновая радиометрия, по-видимому, станет основой всепогодных систем, а фотографирование с высоким разрешением - средством контроля состояния побережья и прибрежных вод. Одно из наиболее впечатляющих изображений гигантского айсберга было получено с борта спутника во время его полета над Антарктидой 31 января 1977 г. По форме похожий на ботинок, а по размерам близкий к острову Роде, айсберг кажется покоящимся в заливе, но в действительности он находится в открытой воде и временно сел на мель севернее о-ва Джеймса Росса.
7. Нефтяные загрязнения
Капитан танкера, который считает возможным отмывать резервуары в прибрежных водах, в будущем, вероятно, вступит в борьбу со спутниками, которые пристально наблюдают за его антиобщественной деятельностью. В отличие от плохой видимости нефтяных пятен с самолетов, обзор с которых в любом случае ограничен узкими полосами океана из-за малой высоты, эти пятна эффективно выявляются спутниками в глобальном масштабе, за исключением районов с устойчивой низкой облачностью. Для этих целей спутниковые датчики измеряют потоки солнечного света, отраженного от поверхности океана. Излучение пролитой нефти резко отличается от излучения обычной океанской воды в близком к ультрафиолетовому диапазоне длин волн и близком к красному диапазону. Поляризация в отраженном свете от нефтяных пятен также указывает на резкое отличие.
Можно не только различать легкие и тяжелые нефтяные фракции в одном пятне (легкие имеют более светлый оттенок), но и оценивать объем нефти на основе повторных наблюдений; знание типа и качества нефти поможет определить его месторождение.
8. Загрязнение воздуха
С изменениями циркуляции в атмосфере (и соответственно метеорологическими наблюдениями со спутников) тесно связана проблема загрязнения воздуха. Ежегодно выбросы промышленных предприятий, выхлопы автомобилей и другие источники образуют сотни миллионов тонн токсичных газов. Облака смога над Лос-Анджелесом и другими городами отчетливо видны на фотографиях, полученных из космоса.
Удивительное заключается в том, что, несмотря на ежегодные выделения огромных масс окиси углерода, стабильного роста ее концентрации не происходит. Следовательно, должен существовать некий природный механизм для удаления образующегося газа.
Глобальное картирование областей атмосферы с высокой, низкой и средней концентрацией газа осуществляется корреляционным интерферометром - оптическим прибором, способным обнаруживать незначительные количества газообразных компонентов. Предполагается, что благодаря монотонному сканированию в течение длительных периодов времени прибор позволит выявить механизм изменения состава газа.
Пока этот механизм не познан, невозможно предсказать, возрастет ли в будущем концентрация окиси углерода и если возрастет, то насколько.
Вызывает также опасение повсеместное возрастание количества двуокиси углерода в атмосфере из-за глобальных масштабов сжигания ископаемых топлив, это производит эффект накрывания Земли все более толстым одеялом, которое продолжает пропускать солнечный свет, но снижает отражение теплового излучения обратно в космос и, таким образом, способствует накоплению тепла у поверхности. Если экстраполировать современные темпы сжигания ископаемых топлив, то к 2025 г. температура Земли теоретически вполне может повыситься на 5,5°С. Это не может не вызывать беспокойства, поскольку повышение температуры даже на доли градуса приводит к изменениям климата. Самые плодородные земли могут превратиться в пустыни, а бесплодные районы стать источниками производства сельскохозяйственных культур.Вопреки ожиданиям не все результаты исследований удручают. Например, некоторые из них свидетельствуют о том, что окись углерода инициирует сложную совокупность химических реакций, которые могут привести к образованию животворного озона в нижних слоях атмосферы, а точнее в тропосфере на высотах 10-15 км.
Одной из наиболее важных областей исследований с помощью спутников является часть стратосферы, содержащая слой озона, который предохраняет Землю и ее обитателей от пагубного действия ультрафиолетового излучения Солнца. Стратосфера, простирающаяся от верхней границы облаков до высоты около 50 км, содержит также слой пылеобразных частиц и мелких жидких капель (аэрозолей), который находится ниже зоны максимальной концентрации озона. Реактивные самолеты являются постоянным источником поступления аэрозолей и газов непосредственно в атмосферу; даже фторуглеводороды, используемые как рабочий газ в аэрозольных распылителях, в конце концов оказываются там.
Таким образом, важно то, что ученые постоянно следят за самыми различными воздействиями загрязняющих веществ на атмосферу в глобальном масштабе, и в этом деле ключ к решению проблем помогают найти спутники
III. Заключение. Выводы
Когда потребовалось по-новому взглянуть на нашу планету с точки зрения проблем, связанных с истощением природных ресурсов, увеличением численности населения и загрязнением окружающей среды, ученые нашли выход в создании спутников для исследования природных ресурсов Земли. Только из космоса можно одновременно собрать глобальную информацию о состоянии атмосферы и океанов, сельском хозяйстве и геологии, о результатах деятельности человека, непрерывно изменяющей условия жизни на Земле (увы, не всегда в лучшую сторону!).
Спутники наблюдения особенно эффективны для исследования природных ресурсов, которые меняются и возобновляются со временем, таких, как возделываемая земля, леса, реки, прибрежная зона, подвергаемая эрозии, снег и зоны затопления.
Значение исследований природных ресурсов Земли получило широкое признание. Страны начали разрабатывать спутники для решения аналогичных задач, что положило начало постоянно действующей системе. накоплен значительный опыт исследований, результаты которых способствуют решению задач по экологии, геологии, развитию сельского хозяйства и других отраслей. Долгосрочной целью этого проекта является инвентаризация невозобновляемых и медленно возобновляемых ресурсов, таких, как минералы и ископаемые топлива, водные запасы, наблюдение за состоянием сельского хозяйства и атмосферы. Программа ориентирована на возможность опознавать, прогнозировать и в ряде случаев контролировать некоторые процессы, относящиеся к океанографии, климатологии, эрозии почвы и загрязнению воды, а также следить за потенциально опасными природными явлениями, такими, как наводнения, засуха, штормы, землетрясения и извержения вулканов
Сейчас в мировой космической деятельности, как правило, ориентируются не столько на отдельные национальные спутники, сколько на их группировки. Перспектива исследования Земли из космоса заключается в расширении и развитии международного сотрудничества.
Используемая литература:
1. Железняков. Советская космонавтика, 1998г.
2. Журнал «Коммерсант- Власть», №№ от10 и 17. 04. 2001г.
3. Использование материалов из сети «Интернет»
Вода может клеить?
О путнике
Зимняя сказка
Заяц, косач, медведь и весна
Интересные факты о мультфильме "Моана"