Космическое землеведение

Б. Виноградов

Космическое землевладение

Только с запуском космических аппаратов и в особенности с полетом первого человека в космос стало возможным обозревать всю нашу планету с большой высоты В связи с этим стали разрабатываться космические методы землеведения - новый научно-методический раздел наук о Земле Сюда входит изучение поверхности суши, океана и атмосферы по фотографиям, телевизионным изображениям, «тепловым» снимкам, спектрам отражения солнечного света и измерениям собственного излучения Земли, полученным с космических летательных аппаратов Все эти дистанционные изображения (образы) Земли позволяют решать обратную геофизическую задачу - с помощью дистанционных приемников электромагнитного поля Земли судить о составе, строении, динамике земной поверхности и океана Эти данные используются в географии, океанологии, геологии, геоботанике, почвоведении и других науках о Земле, а также в народном хозяйстве - для изучения, освоения, рационального использования и охраны природных ресурсов.

В комплекс космических летательных аппаратов, «обслуживающих» современное землеведение, входят автоматические искусственные спутники Земли, пилотируемые космические корабли, межпланетные автоматические и пилотируемые станции, долговременные обитаемые орбитальные станции со сменными экипажами космонавтов-исследователей на борту

Интересно, конечно, обозревать с высоты Землю «невооруженным глазом», но возможности техники в этом отношении неизмеримо шире Ведь обычные визуальные наблюдения ограничены узкой спектральной чувствительностью человеческого глаза Различные же приборы и аппараты позволяют «видеть» в диапазонах излучений, к которым наши глаза совсем невосприимчивы. К таким излучениям относятся, например, коротковолновые ультрафиолетовые и длинноволновые инфракрасные (тепловые), а также некоторые другие. При этом если отдельные дистанционные датчики дают ограниченную и часто ненадежную информацию, то комбинации различных датчиков, работающих в различных зонах спектра, обеспечивают всестороннее и надежное изучение природных ресурсов.

Глобальный фотоснимок Земли

(Глобальные снимки дают изображение всей или почти всей освещенной части нашей планеты Они производятся из космического пространства с расстояния нескольких тыс км с автоматических межпланетных станций или орбитальных спутников Земли Глобальные снимки покрывают такие большие площади (больше 10 млн км²), что по ним можно изучать географические широтные зоны на материках и океанах, выявлять связь облачных структур от полярных до тропических широт, проводить природное районирование крупных стран и областей в масштабах мельче 1 10 000 000, прослеживать течения в Мировом океане, региональные пыле-песчаные потоки в атмосфере и трансконтинентальные тектонические разрывы протяженностью в несколько тыс км Все эти явления нашли широкое отражение на снимке с советской межпланетной станции «Зонд-7» На цветной фотографии, полученной с высоты 60 тыс км, прослеживаются по различию в цвете естественная и сельскохозяйственная растительность, почвы и горные породы, основные географические ландшафты Юго-Запада СССР, Передней Азии и Северо-Восточной Африки темно-зеленые полосы лесов, буровато-зеленые лесостепи и саванны, зеленовато-бурые степи, светловато-бурые сухие степи, опустыненные саванны и полупустыни, желтые и коричневые пустыни и т д На этой же фотографии были обнаружены пыльные бури и протягивающиеся на сотни километров белесые полосы пыле-песчаных потоков, возникших в результате ветровой эрозии почв в Судане, Южной Аравии и Месопотамии)

Космическая съемка земной поверхности отличается существенными преимуществами. Во-первых, она дает большую обзорность изображений в одном кадре, охватывающих обширные и отдаленные друг от друга территории. Так, например, если аэроснимок, даже самый мелкомасштабный, отображает поверхность в несколько сот квадратных километров, то площадь, покрываемая каждым полученным со спутника телевизионным изображением, составляет около 1 млн. км². Во-вторых, космическая съемка объединяет на одном изображении проявления всех географических сфер: атмосферных явлений, в том числе происходящих на больших высотах, свойств земной поверхности, огромных просторов океанов, элементов геологического строения значительной протяженности, очень неоднородной и изменчивой биосферы, и, наконец, результатов деятельности человека. В-третьих, она отличается постоянством и автономностью; производятся съемки одних и тех же территорий в течение продолжительного времени через заданные интервалы одной и той же регистрирующей системой. Если длительность работы даже наиболее устойчивых аэростатных систем редко превышает несколько недель, то космические аппараты могут работать в течение нескольких лет независимо от погоды, облачности, сезона и времени суток.

Локальный фотоснимок

( Для изучения и охраны природной среды большое практическое значение имеют локальные фотографии поверхности Земли Они в большом количестве получены с советских пилотируемых кораблей «Союз», американских «Джеминай» и советской орбитальной станции «Салют» Высота съемки - около 200 км, позволяющая изображать наземные детали размером менее 100 м Хотя отдельные снимки покрывают сравнительно «небольшие» площади - всего до нескольких десятков тысяч кв км, мон-гажи из них составляются на территории целых стран и краев Назначение локальных фотографий самое разнообразное составление новых, уточнение и обновление старых тематических (геологических, почвенных, ботанических, гидрологических) карт в масштабе 1 1000 000 и крупнее Перед нами образец локального космического фотоснимка - долина р Хадрамаут на Аравийском полуострове Изображение рельефа настолько четкое, что снимок этот напоминает топографический макет местности )

Все эти технические возможности обусловливают высокую научную и экономическую эффективность космических способов землеведения. Так, по снимкам, полученным еще с космических кораблей «Союз-3», «Союз-4» и «Союз-5», были выявлены детали строения куполообразных тектонических структур. А это важно для поисков залежей нефти и газа, связанных с этими структурами. По фотографиям, полученным с борта космического корабля «Союз-9», производилось районирование недоступных для наземного обследования соляньгх отложений залива Кара-Богаз-Гол.

Расшифровка одной космической фотографии Земли в целях геологической информации дает экономию в несколько десятков тысяч рублей. А долговременные орбитальные станции типа «Салют» могут снабдить ученых и инженеров тысячами таких фотографий для использования в самых различных отраслях знания и хозяйства. Впервые по глобальным изображениям планеты, сделанным автоматической межпланетной станцией «Зонд-7», ученые могли наблюдать пыле-песчаные потоки в атмосфере, которыми пыль переносится на соседние континенты.

Или, например, какими другими методами можно зафиксировать состояние посевов и пастбищ на территориях в несколько десятков тысяч квадратных километров одновременно и производить это ежегодно в различные сезоны? Какими другими средствами можно следить за состоянием снегового покрова и ледников в труднодоступных горах Средней Азии и других районах мира, от запасов воды в которых зависит жизнь народов предгорных равнин?

Рациональная прокладка трасс судов в морях, более точные прогнозы погоды на 2-5 дней, фиксирование или предсказание катастрофических природных явлений - ураганов, пыльных бурь, пожаров, наводнений, цунами, осадков вулканического пепла - и многое другое может помочь сохранить материальные ценности, человеческие жизни. Одним словом, таких задач, решение которых под силу только космическим методам, оказалось значительно больше, чем это предполагалось на первых порах.

На основе глобального и локального снимков составлены карты географической зональности и геологического строения

На основе глобального и локального снимков составлены карты географической зональности и геологического строения

Если говорить о наиболее актуальных задачах космического землеведения, то таковыми являются картографирование и учет мировых природных ресурсов, наблюдение за влиянием деятельности человека на окружающую среду в глобальных или региональных масштабах, охрана природы, изучение кратковременных и сезонных явлений природы. С помощью космических геоинформационных систем по глобальным и региональным снимкам (или их монтажам) можно составлять обзорные карты целых стран и континентов, обобщать разрозненные наблюдения для издания мировых карт. Академик И. П. Герасимов предложил, например, создать серию мировых тематических (климатических, геологических, геоботанических и др.) карт природы для нового физико-географического атласа мира. Локальные и детальные снимки отдельных территорий с ограниченным обзором (до 100 тыс. км²), но с большим разрешением - с точностью до нескольких десятков метров - будут использоваться для уточнения и детализации существующих, во многом несовершенных и быстро устаревающих карт природы. Ведь известно, что около % суши не имеет адекватных (то есть удовлетворяющих современным требованиям детальности и достоверности) карт.

Карта гелогического строения части Аравийского полуострова

А что дает наблюдение за воздействием людей на естественную среду? При взгляде из космоса видно, что человек сильно повлиял на природу планеты, причем проявил себя не с лучшей стороны. Большие площади заняты постройками, которые теснят не только леса, но и пахотные земли. Таких «отчужденных» земель, по данным выборочного контроля, оказалось больше, чем это значится в кадастровых материалах, а к 2000г. предполагают, что они займут более 15% суши. Сокращаются площади лесов, среди них нередко стелются дымовые шлейфы лесных пожаров. Массивы орошаемых полей часто окружены превосходящими их площадями бросовых, вторично засоленных земель. Пашни в степной зоне изборождены сеткой оврагов и смытых почв. Из районов древнего земледелия тянутся на десятки и сотни километров пыльные шлейфы уносимой ветром почвы. На поверхности моря заметны полосы нефтяной пленки, в атмосфере поднимаются дымовые факелы промышленных предприятий. Многие виды загрязнения охватывают огромные площади, принимают в некоторых случаях глобальный характер.

Наблюдения из космоса и соответствующие расчеты дают возможность долгосрочного прогнозирования природных процессов глобального масштаба. Так, со временем можно будет ответить на вопрос, поставленный членом-корреспондентом АН СССР М. И. Будыко: приведет ли воздействие человека на природную среду к новому оледенению Земли или, наоборот, к стаиванию существующих покровных ледников и что соответственно этому должны предпринять люди?

Ценность космических наблюдений и съемок еще более возрастает, если они сочетаются с фотосъемками одних и тех же участков территории с самолетов, а также наземными оптическими и радиационными измерениями. Это позволяет, в частности, выяснить чрезвычайно важный вопрос космической съемки Земли - как влияет атмосфера на отображение земных деталей на космических изображениях, как преобразуется изобразительная информация при ее обобщении на сверхмелкомасштабных космических изображениях и т. п. Такие совмещенные геоаэрокосмические измерения уже проводились советскими учеными для отдельных территорий нашей страны.

Таким образом, отрасли применения космических методов в науках о Земле, в изучении природных ресурсов и охране окружающей среды весьма разнообразны, они охватывают всю географическую оболочку - атмосферу, гидросферу, литосферу и биосферу, а также антропогенные ландшафты Земли. Особенно широкое развитие получили космические методы в метеорологии и физике атмосферы. По телевизионным снимкам прослеживается движение облачных систем и пыльных бурь, по фотографиям изучается их детальная структура, по тепловым изображениям удается «видеть» облачность на ночной стороне Земли, по радиационным измерениям определять тепловой баланс Земли, по радиотепловым - содержание воды в атмосфере.

Планета Земля оказывается для человека не такой уж большой, чтобы беспредельно использовать ее ресурсы и изменять ее оболочку. Это вызывает необходимость тесных международных контактов между правительствами разных стран для решения общих задач всего человечества по изучению и охране природной среды всей Земли. Как хорошо видно из космоса, изменения человеком окружающей среды не знают государственных границ. Пыльные потоки от ветровой эрозии, дымовые шлейфы свободно переходят на территории соседних государств. Загрязнение охватывает не только прибрежные, но и нейтральные воды открытого океана.

Международное сотрудничество в решении этих вопросов уже было начато в рамках специальной программы Организации Объединенных Наций «Человек и биосфера». Большое значение имеют рекомендации советско-американской комиссии по сотрудничеству между СССР и США в области изучения природной среды из космоса, подписанные в Москве 6 августа 1971 г.

Второй аспект международного значения космических методов землеведения - это исследование территории развивающихся стран для увеличения производства продовольствия, а также рационального использования воды и других природных ресурсов. В связи с этим Экономическая и социальная комиссия ООН уже обсуждает проблемы использования космической технологии для изучения природных ресурсов и охраны природы Индии, Мексики, Бразилии и др.

Практическое применение космических методов землеведения требует дальнейшего развития космических аппаратов различного назначения. Так, межпланетные станции и искусственные спутники для глобальной съемки из среднего космоса предназначены давать информацию о состоянии природной среды на всей освещенной стороне земного шара, космические корабли локального обзора необходимы для наиболее детальных выборочных съемок. Наконец, судя по успехам работы советского «Лунохода-1», предложение члена-корреспондента АН СССР К. Я. Кондратьева о создании стационарной лунной обсерватории практически осуществимо.

Особенно перспективны для космического землеведения долговременные обитаемые орбитальные станции. Длительно работающие научные станции (типа «Салют») имеют много преимуществ перед пилотируемыми космическими кораблями. Главное - это то, что с таких станций можно наблюдать за развитием природных процессов в течение значительного времени. Это имеет большое значение для сельского хозяйства, причем космонавт-исследователь всегда может выбрать благоприятные условия для экспериментов над нужной территорией, когда атмосфера прозрачна и нет облачности. Такая регулярная информация из космоса принесет громадную пользу наукам о Земле и народному хозяйству.

Географическая летопись

6/IX - 450 лет назад вернулся в Испанию 1522 г. единственный уцелевший корабль «Виктория» под начальством Эль-кано из кругосветной экспедиции Магеллана. Человечество получило практическое доказательство, что Земля является шаром

1792 г. - 180 лет назад во Франции по заданию Парижской академии наук было начато точное градусное измерение дуги Парижского меридиана, закончившееся в 1799 г. В этом же году во Франции была введена метрическая система мер, основой которой стал метр - 1/ 4000000 дуги земного меридиана

17/IX - 115 лет назад родился Константин 1857 г. Эдуардович Циолковский - советский ученый и изобретатель, основоположник теории межпланетных сообщений при помощи ракет. Умер в 1935 г.

1872 г. 100 лет назад французский физик Мари Альфред Корню (1841 - 1902) при помощи крутильных весов определил среднюю плотность» Земли в 5,56 г/см³

12/II 1947 г.

25 лет тому назад произошло падение крупнейшего Сихотэ-Алиньского метеорита. Общая масса железного метеорита, по разным данным,- составляет несколько сотен т, а общий вес собранных на земле «сколков - несколько десятков т

13/III 1952 г.

20 лет назад опубликовано постановление Совета Министров СССР о присуждении Государственной премии А. А. Изотову и Ф. Н. Краcовскому за исследования по установлению формы и размеров Земли

1/VI 1957 г.

15 лет назад начался Международный геофизический год (МГГ), продолжавтийся по 31 декабря 1958 г. В работе участвовало около 50 стран, собравших исключительно важные материалы в разных отраслях геофизики

4/X 1957 г.

15 лет назад в СССР осуществлен запуск первого в мире искусственного спутника Земли. Спутник совершил около 1400 оборотов и пролетел расстояние около 60 млн. км. Он просуществовал 92 дня и возвестил начало эры практического освоения космоса

20/II 1962 г.

10 лет назад в США впервые выведен на орбиту Земли космический корабль с человеком на борту - Д. Гленном. Это был третий по счету космонавт, облетевший Землю. (Первый в мире полет в космос совершил Ю. А. Гагарин 12 апреля 1961 г., второй- Г. С. Титов 6 августа 1961 г.)