欧洲最先进的地球观测卫星已经显示出,它能够明显改进全球板块构造学研究及致力于预测致命地震的科研工作的新能力。

欧洲空间局地球遥感卫星(ERS—1)已经证明:它能从空间大约780公里(485英里)高度上测定物体在地球上移动距离小于1厘米(0.39英贯)的移动量。如果进一步试验能够重复出现此精度的话,它便会提供给科学家一种新的有力工具用于研究地壳运动。

“这些成果均处于非常原始阶段,不过它们对研究地球板块微小移动会有巨大影响,”欧洲空间局ERS-1任务负责人盖伊 · 达乔索伊斯(Guy Duchossois)说。

耗资8.6亿美元的ERS计划是欧洲最大的多国宇航项目之一。

这个重2.5吨航天器是德国的德意志宇航公司领导的国际财团制造的:从英国、法国、意大利和西班牙输入重要硬件。世界各地有1000多名科学家参加这个项目。

从1991年7月用阿里安娜助推器发射的这颗卫星得到的初步科研成果,在法国坎内斯(Cannes)举行几百名科学家会议之前,最近作了介绍。其发现包括有能够测定与反复出现的称为厄尔尼诺现象的严重气候周期有关的海洋重要变化。

对板块结构学研究有重要意义的数据是由波恩大学和米兰综合工艺研究所组成的德国/意大利科研小组获得的,该小组在德国波恩附近地区设置了大量雷达反射器,在20公里距离上每隔1公里放1个反射器。

用ERS-1上马可尼/多林勒综合孔径雷达(SAR)对这些反射器重复拍照。这些小型反射器成为明晰亮点显示在该区域雷达图像中。

在确定了基本数据之后,有些反射器由科研小组成员重新安放,这种做法是一种“隐蔽”试验,其中重新安放的反射器的位置不提供给被指定去计算位置变动量的其它小组成员,而这些位置变动量是可以测定的。

“用微分干涉测量法去计算不同的位置是绝对无法实现的”达乔索伊斯说。

ERS雷达干涉图得到了,它根据略有差异的地面跟踪来测定航天器连续轨迹之间相位差以表明位置差别。如果进一步得到证实的话,安放在结实的移动的结构板块上的小型雷达反射器网络有可能对现有块板结构学研究项目提供更详细的资料。

干涉测量法还能绘制地形图像。SAR干涉测量资料目前正被欧洲和美国许多ERS用户所采用。

某些最惊人的成果已经被包括瑞士苏黎士大学查尔斯 · 沃纳(Charles Werner)和Pasadena市美国国家航空航天局喷气推进实验室理查德 · 戈尔德斯坦(Richard Goldstein)在内的小组所获得。

依靠评定ERS-1仅有的两次通过阿拉斯加中部塔那那河(Tanana River)地区上空发出的信号反向散射,他们编制了精确的数字式地形海拔图和计算机产生的该地区三维视图。

根据这份资料产生的俯视图像显出了具有雷达成像特点的崎岖的阿拉斯加地形。利用此资料,该小组创作了一个高度局部化地区的侧视图。

ERS能力的其它实例有,由计算机利用ERS雷达测高计数据产生的格陵兰和南极地区的冰盖的逼真的俯视和侧视图像。

位于英国南部的马拉德(Mullard)空间科学实验室利用在35天期间收集的ERS雷达测高计数据,产生了有史以来最精确的南极洲地形图。

收集南极地区资料是ERS的主要任务¥德国和日本都在南极洲建立了ERS地面站。利用雷达成像术去监测污染情况的潜力也正在达到比预计要好的结果。

挪威、荷兰、美国和日本各个小组都在评定可用ERS-1雷达测定的污染的类型和等级。

研究在阿拉斯加和旧金山之间区域行驶的船只的尾迹的一位美国研究人员已经发现,船只少量漏油形成的尾迹长达110公里(68英里),这些在ERS雷达成像图中均可看到。

鉴于试验目的,允许科学家在挪威海洋投放少量油,在这个区域所做的实验表明,在理想条件下,ERS-1雷达能够拍摄水面上只有一个分子薄的污染油膜的图像。

气候研究也是ERS-1的任务

ERS脉冲雷达测高计数据已被美国国家海洋与大气管理局研究人员用来计算由厄尔尼诺气候周期产生的海洋效应。

厄尔尼诺周期每3~7年持续6个月左右。它是一种周期性现象,可以预计到时会出现的严重状况,例如澳大利亚干旱,智利暴雨,影响加利福尼亚州的严重的太平洋暴风雨。

厄尔尼诺周期于1991年下半年再次开始。ERS数据表明,温暖的洋流在智利地区上升,导致那里海平面比正常时高30厘米(11.7英寸),但是在远离印度尼西亚和澳大利亚西部的太平洋中,要低于正常情况。该卫星一直有次序地把有关这种现象的测高计数据传送回来。

涉及到南极地区的另一项典型气候研究计划则利用这种数据来研究威德海尔海(Weddell Sea)中冰-海洋-大气相互作用,这是气候模拟中一个重要而知之甚少的环节。

荷兰Detft技术大学还用ERS高度计数据形成了整个大西洋海床详图。

海面形状直接反映出海底形状,所以测高计数据也正在被用来编制海床图。

大西洋图像清晰地显示出贯穿大西洋中北部和中部的大山脉,海面之下山脉侧面细节,海丘和深谷。

雷达还首次测绘了北极区海水重力平面图,这是由丹麦哥本哈根大学研究人员完成的一项重要科研课题。

以Toulouse为基地的法国研究人员还使用这些数据去计算太平洋南部和大西洋北部与南部局部区域精确的重力平面资料。ERS的其它成果有:

内波 ERS的雷达已经绘制了在水下移动的,尤其是在直布罗陀海映中移动的大型“内波”图像。

在轨道上航天员已经看到了这种现象,不过人们对ERS的雷达是否能发现这些内波而且监测它们供不间断研究用是有争论的。

大多数空基光学传感器无法清楚地看到这些波。这些波是由具有不同温度的海水混合引起的密度和盐度差异而形成的。

海洋地势/温度 挪威小组利用ERS的雷达绘制了远离挪威的洋流图像,并把它与由美国Tiros航天器上高分辨度射电探测仪得到的海洋温度数据进行比较。

他们发现:在雷达图像中可以看到的海面波纹与流谱的变化,几乎与在Tiros数据中用于显示温度差异的人为彩色流谱完全相符。

风的数据 主雷达顶上3根长7.5~11.8英寸的风场散射测量仪天线正在提供精确的全球性风速和风向数据。

目前这种信息和其它数据一起正在合并到天气预报模型中。以英国为基地的欧洲中期天气预报中心已经证实,ERS的风的数据与地面测量的真实数据是一致的。

温度数据 英国Rutherford Appleton实验室研制的ERS沿轨迹扫描射电探测仪已经提供了编制全球海面温度图用的数据,其精确度达到一度(开氏度)的十分之几。

农业/土地利用研究 雷达数据正被用来进行多种土地应用研究。已经得到了德国波罗的海沿岸大面积区域极其精确的土地利用和收成变化的数据。

反映热带雨林砍伐情况的图像正被欧洲共同体委员会用来进行它的热带生态环境研究。

而且欧洲共同体还在利用ERS数据与Spot卫星多频谱图像去编制精确的欧洲农业资源图。

[Aviation Week & Space Technology 1992年12月14~21日]