孔莹月亮之上 月亮之上建基地 遥感卫星不必“奔波忙”
2016国际地球科学与遥感大会近日在北京结束,此次会议是全球该领域最具影响力的学术会议,我国科学家郭华东院士在会上讲述了从月球上开展对地观测的新设想,提出在月球上建立载人基地,依靠该基地放置一个望远镜,实现对地球半球的整体观测。
中国科学院遥感与数字地球研究所郭华东院士认为,地球观测技术的创新源于人们对地球不断深化的认识和随着社会经济不断发展的应用需求。他说,“对地观测科学技术正面临全新的机遇和挑战。在地球科学研究中,人们越来越认识到需要将地球作为一个整体进行综合观测,更需要以全球性的系统观和多时空尺度分析方法来研究地球整体行为”。
郭华东透露,“地球宏观科学现象的月基观测研究”已成为国家自然科学基金委2015年批准的重大项目,由他担任项目负责人。
为什么要建立月球对地观测基地呢?郭华东院士认为,空间观测数据对揭示地球系统演化过程的潜在机制非常重要,然而没有哪种单一平台能解决所有的空间观测问题。太阳同步轨道卫星可以保证每天在确定的时刻观测某一目标,但是采样较为单一,且轨道低,视野小。
而地表、大气、海洋的物理性质无时无刻不在变化。地球同步轨道卫星能完成时间维度的连续采样,并将视野扩大到整个地球半球,有助于对地球大尺度宏观现象的观测。然而它也存在一些缺点,例如不能覆盖所有经度,难以观测南北极以及观测角度单一等。
月球对地观测具有遥感卫星不具备的很多优势。月球是一个长期存在的平台,比任何人造卫星的寿命都要长。而全球变化信息的提取需要长期固定的观测平台,在此平台上对地球表面进行数十年、乃至数百年的长期连续性的观测,才能为地球系统长期变化规律研究提供强有力的数据支撑。月基平台的寿命远远长于人造地球卫星,能够提供长期的、精确校准的时间序列数据,这将大大有利于地球气候系统变化研究。
正所谓“站得高看得远”,郭华东表示,“通过月基合成孔径雷达对地观测,不仅能达到与星载雷达相同的空间分辨率,而且测绘带幅宽能达到数千公里,高于星载雷达一个量级”。
“另外,通过准确测量固体地球动态的区域异质性变化,可以加深对板块构造运动等的理解,从而为地震研究和地球动力学研究提供支持。与卫星观测相比,在月球上观测全球植被动态、中高层大气成分变化等海陆气地球宏观科学现象具有一定优势。”他补充说。
优势很多,困难也不小。郭华东院士坦承,现阶段实现月基对地观测面临大量技术瓶颈。首先,月基对地观测要长期稳定地获取数据,必须依靠一个长期的载人月球基地,这对空间运载、月表建设、能源供给等方面的技术提出了更高的要求。
其次,由于观测距离遥远,对传感器参数要求更为苛刻。目前,一些光学被动传感器已经足够实现月基观测,需要通过综合设计降低成本并使其更好地贴合应用需求;对于主动类传感器,接收信号信噪比将是一个重要限制,如何通过硬件或数据处理手段提高信噪比是需要突破的关键技术之一。最后,还需要研发适合月基观测的观测方法,包括观测模式、观测构型及相应的数据处理和信息提取算法等。
对于上述问题,郭华东表示,接下来通过项目的研究,拟解决地球宏观科学现象月基观测领域“看什么”“怎么看”“放什么”和“怎么放”四个方面的关键科学问题。
郭华东说,月基对地观测是一个庞大的系统工程,涉及多个学科及工程领域,投入较高,因此单靠一个国家比较困难,需要加强国际合作,联合各国力量建设长期的月球载人基地,充分利用各国的先进技术和人力物力资源,制订切实可行的月基对地观测规划与逐步实施方案,为实现月基对地观测提供基本保障。(经济日报记者 佘惠敏 实习生 李永文)
