大氣層并非“透明”，對地觀測衛(wèi)星為何還能看得清？
當(dāng)我們在新聞中看到清晰的衛(wèi)星影像，看到綠意盎然的森林、蜿蜒流淌的江河、井然有序的城市街區(qū)，或是災(zāi)害現(xiàn)場的變形地貌，可能很少有人會想到一個最基本的問題：地球上空覆蓋著厚厚的大氣層，為什么對地觀測衛(wèi)星還能如此清晰地給地球拍照？這其中既有光學(xué)與物理的巧妙運(yùn)用，也有工程與算法的默默加持。本系列文章將分三部分揭開對地觀測衛(wèi)星的奧秘——從成像原理、動態(tài)監(jiān)測到災(zāi)害應(yīng)急。首篇我們先回答最基礎(chǔ)的問題：大氣層并非“透明”，對地觀測衛(wèi)星為何還能看得清？辨析衛(wèi)星、遙感衛(wèi)星
和對地觀測衛(wèi)星
在正式解答這個問題之前，我們先來系統(tǒng)地了解一下什么是對地觀測衛(wèi)星。對地觀測衛(wèi)星是指專門用于從軌道上獲取地球表面及其大氣、海洋等環(huán)境信息的人工衛(wèi)星。它們通過搭載不同類型的遙感傳感器，如光學(xué)相機(jī)、紅外探測器、合成孔徑雷達(dá)（SAR）等，周期性地獲取地表圖像、溫度分布、地形變化、植被覆蓋、大氣成分等多種數(shù)據(jù)。這類衛(wèi)星廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)、資源調(diào)查、城市規(guī)劃、災(zāi)害預(yù)警、氣候研究等領(lǐng)域，是連接太空信息與地面應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)平臺。簡單來說，對地觀測衛(wèi)星的核心任務(wù)就是“從天上看地球”，并以科學(xué)方式讀懂它的變化。而遙感衛(wèi)星則是一個更寬泛的概念，泛指搭載遙感載荷的衛(wèi)星，能夠在不與目標(biāo)物理接觸的前提下，通過接收和分析電磁波（如可見光、紅外、微波等）反射或輻射信息，實現(xiàn)對物體的識別、分類與監(jiān)測。遙感衛(wèi)星既可以對地觀測，也可以用于對大氣、海洋、冰層甚至天體的遙感探測。因此，對地觀測衛(wèi)星是遙感衛(wèi)星中的一個重要子類，其研究重點聚焦于對地球本身的空間信息采集與解析。再往上看，遙感衛(wèi)星本身也是“衛(wèi)星”這個大家族的一部分。根據(jù)任務(wù)用途的不同，衛(wèi)星可以分為通信衛(wèi)星、導(dǎo)航衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星、科學(xué)實驗衛(wèi)星、遙感衛(wèi)星等多個類別，而每一類又包含多種細(xì)分型號與應(yīng)用方向。地球大氣層并不是完全透明的。不同波長的光在穿過大氣時會遇到多種干擾，包括被氣體吸收，如臭氧吸收紫外線、水汽吸收紅外線，或者藍(lán)光被氣溶膠散射，以及被云層遮擋。這些干擾使得從太空遙望地球并不容易，特別是在多云、陰雨或者夜晚等條件下，普通的可見光觀測效果大打折扣。但科學(xué)家早已掌握了穿越大氣拍攝的訣竅，那就是選對波段、配合技術(shù)、再加上智能校正。原來，大氣并非在所有波長上都同樣不友好。在部分波段中，大氣對光的吸收和散射非常弱，這些區(qū)域就被稱為“大氣窗口”。比如，我們熟知的可見光、熱紅外和微波波段等，這些波段在大氣中具有較強(qiáng)的穿透力，可以用來觀測溫度、地形甚至穿透云霧進(jìn)行成像。電磁波譜（圖片來源：美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院）選擇不同波段的遙感信息，是對地觀測的一大利器。人眼只能看到可見光波段，而遙感衛(wèi)星則能看到更寬廣的電磁波譜，從而揭示地物在不同物理特性下的表現(xiàn)。例如，健康的植物在可見光下看起來就是綠色，但在近紅外波段反射率特別高，而病蟲害作物或受污染水體的紅外反射特性會明顯不同，這就為農(nóng)業(yè)監(jiān)測、植被識別、災(zāi)害評估提供了非常有效的方法。資源三號拍攝的多光譜圖片（圖片來源：自然資源衛(wèi)星遙感云服務(wù)平臺）不同波段在遙感中的作用可謂“各司其職”。藍(lán)光適合監(jiān)測淺海、水體和大氣；紅光與近紅外組合可用于作物健康指數(shù)的計算；短波紅外能穿透煙霧，用于森林火災(zāi)監(jiān)測；熱紅外則能測量地表溫度，追蹤城市熱島效應(yīng)、工業(yè)熱源或火山活動。而合成孔徑雷達(dá)（SAR）使用的微波波段，不受光照和天氣影響，能在晝夜任何時間穿透云層對地成像，成為災(zāi)害監(jiān)測和軍事偵察的有力工具。我國的對地觀測體系
“看得清、看得準(zhǔn)、看得全”
我國的對地觀測衛(wèi)星在多波段成像方面已有顯著成果。以“高分系列”為例，高分一號搭載多光譜相機(jī)，適合土地利用和農(nóng)業(yè)監(jiān)測；高分五號是我國首顆高光譜遙感衛(wèi)星，能在數(shù)百個波段中識別地物，應(yīng)用于大氣、水質(zhì)和礦產(chǎn)勘查；高分三號使用 C 波段雷達(dá)成像，能在惡劣天氣中清晰捕捉地表變化；而高分四號則能在地球同步軌道上對區(qū)域進(jìn)行實時監(jiān)控，適用于突發(fā)事件的快速響應(yīng)。這些衛(wèi)星通過波段配置的組合，形成了“看得清、看得準(zhǔn)、看得全”的對地觀測體系。我國各個遙感衛(wèi)星（圖片來源：自然資源衛(wèi)星遙感云服務(wù)平臺）所以，對地觀測衛(wèi)星之所以能在云層縫隙中看清地球，在夜色中捕捉熱源，在自然災(zāi)害后快速定位風(fēng)險區(qū)域，靠的不只是分辨率和鏡頭，而是科學(xué)地選擇了電磁波中的通信通道。它們?nèi)缤瑩碛卸喔毖坨R的觀察者，根據(jù)任務(wù)切換濾光片，不僅能看到，還可以更深入了解我們腳下的星球。責(zé)編：張春祥
一審：張春祥
二審：段涵敏
三審：楊又華
來源：科普中國
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