Спутник на любой сезон

Изображения, получаемые со спутников, расширяют возможности нашего зрения в нескольких измерениях: в пространстве, во времени, в отношении спектральных характеристик излучения. Приведенные здесь изображения Антарктиды и Арктики, сделанные в условных цветах, впервые позволили специалистам получить общее представление о сезонных климатических изменениях в полярных районах. Устойчивый облачный покров, препятствующий наблюдениям в видимой области спектра, оказывается прозрачным для микроволн.

В августе 1964 г. НАСА приступило к серии запусков метеорологических спутников "Нимбус", и если начатые в то же время запуски спутников серии "Тайрос" и, чуть позднее, "Эсса" (ESSA-Environmental Survey Satellite) ныне уже завершены, спутники серии "Нимбус" до сих пор продолжают работать. По мнению некоторых специалистов, в 1979 г. проект "Нимбус" достиг зрелости, став основной национальной программой США по использованию спутников для дистанционных измерений. (Последний из спутников этой серии, "Нимбус-8", был запущен в 1978 г.) "Нимбус-5", который передал публикуемые фотографии, был выведен 11 декабря 1972 г. на круговую полярную орбиту высотой 1100 км. Он был оснащен тремя инфракрасными и двумя микроволновыми радиометрами. Настоящие изображения получены с помощью электронного сканирующего микроволнового радиометра (ЭСМР); подобный прибор включен также в комплект аппаратуры "Нимбуса-6".

Коротковолновый конец микроволнового диапазона (который охватывает интервал длин волн 1 мм - 30 см) перекрывается с ИК-областью спектра, а длинноволновый переходит в область обычных радиоволн. Здесь ЭСМР регистрировал излучение с длиной волны 1,55 см.

1973-1974. Спутник 'Нимбус-5', 1100 км над Антарктидой (вверху) и Арктикой (внизу). Электронный сканирующий микроволновый радиометр; изображение восстановлено компьютером в условном цвете Национальный центр космических данных, шт. Мэриленд, США [112, 113, 303]

Микроволновый радиометр пассивно измеряет так называемую "яркостную температуру" излучателя, в данном случае - поверхности Земли. В зависимости от характера поверхности яркостная температура составляет некоторую долю реальной (термодинамической) температуры; эти две величины равны лишь для идеального излучателя ("абсолютно черного тела"). В идеальном случае яркостная температура характеризует поверхность излучателя, однако на практике микроволновое излучение исходит из поверхностного слоя определенной толщины: несколько миллиметров почвы, воды и свежего льда, несколько сантиметров старого льда, несколько метров сухого снега.

На приведенных здесь изображениях перепады яркостной температуры на различных участках поверхности переданы посредством цвета. Так, в период антарктического лета (слева вверху) внутриконтинентальный снежный покров передан холодным голубым цветом, но вода севернее 60° ю.ш. кажется еще более холодной - белой. Шкала условных цветов выбирается исследователем в зависимости от интересующего его диапазона температур; на этих снимках самым низким температурам (ниже 150 К) соответствует белый цвет, а самым высоким (выше 240 К) - пурпурный. Чтобы дать представление о масштабе и ориентации снимков, укажем, что на верхнем снимке справа антарктический континент доходит почти до 65° ю.ш.

В начале июля (антарктическая зима; снимок вверху справа) паковые льды широким кольцом опоясывают Антарктиду. Площадь припайных льдов зимой в 6-7 раз больше, чем летом, однако в некоторых районах (например, в районе моря Амундсена, вверху) припайные льды почти не меняются круглый год. Внутриконтинентальная область выглядит белой как снег или как окружающий океан, однако это совпадение цветов обусловлено тем, что, яркостные температуры как воды, так и снега выходят за пределы выбранной здесь цветовой шкалы.

На снимках арктических районов (внизу) легче распознать знакомые очертания суши: язык Гренландии - внизу, Исландия - справа, еще правее - Скандинавия, особенно отчетливо видимая на летнем снимке. На зимнем снимке в нижнем правом углу хорошо различимы Британские острова. На снимках Антарктиды (особенно летом) удается увидеть крупнейшие айсберги (разрешение на снимках не превышает 30 км). Северный Ледовитый океан зимой представляется равномерно холодным, однако летом картина гораздо сложнее. Обилие новых данных как об Арктике, так и об Антарктиде позволит внести уточнения в карты ледовых покровов планеты.