Взгляд со спутника Тушение пожаров и еще 9 земных проблем, которые можно решить из космоса

На спутниковых снимках можно разглядеть свой дом, машину, даже мусорный бак. Но на языке профессионалов эти картинки пренебрежительно зовутся «мурзилками», и даже цвета деревьев и улиц обозначаются как «псевдонатуральные». Настоящая спутниковая съемка — ​это петабайты цифровых данных, которые позволяют свысока взглянуть на земные проблемы.

Поиск ­полезных ископаемых

Спутниковые данные сокращают затраты на поиск полезных ископаемых. Конечно, сфотографировать нефтяной пласт или бриллианты под землей не получится, зато можно не выходя из кабинета увидеть косвенные признаки ценного месторождения.

Ученые изучают местность в видимом и инфракрасном диапазоне. Минералы по-разному отражают падающие на них солнечные лучи, что позволяет составить портрет горных пород. Бортовые спектрометры спутников также распознают некоторые минералы, а магнитометры видят искажения магнитного поля, которые обычно возникают вблизи рудных тел. Собирая воедино спутниковые данные, геологи строят точные модели недр и предсказывают месторождения полезных ископаемых без экспедиций и дорого бурения.

Скрыть текст

Суэцкий залив, Египет. Съемка в видимом и инфракрасном диапазоне. Цвета показывают разнообразие пород и минералов

Предупреждение пожаров

Спутники измеряют температуру поверхности Земли с точностью до 0,1 градуса Цельсия с помощью тепловых радиометров. Если для вулканов на Гавайях температура 400–600 °C нормальная, то в тайге такие данные свидетельствуют о разгорающемся лесном пожаре.

Обнаружив по спутниковым данным термоточки — ​аномально высокие температуры в лесах, — ​ученые рассматривают снимки той же местности в видимом диапазоне. По дыму и черному цвету растительности они определяют площадь и интенсивность пожара, а затем передают данные экстренным службам. Процесс поиска автоматизирован и позволяет быстрее всего обнаружить возгорание в малонаселенных районах Земли.

Скрыть текст

Лесной пожар в Аризоне, США. Снимок в псевдонатуральных цветах, видимый диапазон

Уход за растениями

Цвет листьев, или по-научному спектральная отражательная способность, может много сказать о здоровье растения. Благодаря этому спутниковые снимки в видимом и инфракрасном диапазоне используют для управления посевами в сельском хозяйстве.

Местность снимают поканально — ​отдельно в инфракрасном, красном, зеленом и синем диапазоне. Затем с помощью алгоритмов ученые анализируют, как конкретный участок поля отражает свет с разной длиной волны. Для каждого пискеля вычисляют вегетационный индекс, характеризующий здоровье растения, строят карты и делают выводы о дефиците удоб­рений или полива. Те же данные помогают выбрать идеальное время для посадки и сбора урожая с учетом характеристик почв.

Скрыть текст

Фермерские поля возле Санта-Круз, Боливия. Спутниковый снимок, раскрашенный в соответствии с вегетационным индексом растительности

Строительство городов

На спутниковых снимках видны автомобили, деревья и пешеходные переходы, значит, их можно использовать при планировании городов. С помощью изображений высокого разрешения урбанисты оценивают спрос на инфраструктуру, проектируют зеленые зоны, определяют места для дорожных развязок и парковок, уточняют планы улиц. Спутниковые снимки также помогают находить незаконные постройки.

В Университетском колледже Лондона уже оценивают уровень преступности, стоимость недвижимости, безопасность и качество благоустройства районов, совместив данные дистанционного зондирования и панорамные фотографии улиц. Разумеется, специалисты не сидят целыми днями в Google Earth — ​к анализу снимков привлекают искусственный интеллект.

Скрыть текст

Москва. Спутниковый снимок высокого разрешения

Предсказание погоды

Предсказание погоды стало первым мирным применением космических аппаратов с камерами, и с каждым годом точность прогнозов растет. Геостационарные* спутники постоянно фотографируют облака и помогают находить зарождающиеся циклоны. Микроволновые сканирующие радиометры определяют толщину и плотность воздушных масс разной влажности. Высокоточные тепловые сенсоры измеряют температуру поверхности Земли с точностью до 0,1 градуса.

Все собранные со спутников данные непрерывно загружаются в компьютерные метеорологические модели и дополняются информацией с наземных станций. Затем искусственный интеллект формирует прогноз погоды в реальном времени, даже стараясь угадать, как температуру будет ощущать человек.

* Геостационарные спутники делают полный круг по орбите ровно за одни сутки и поэтому постоянно «висят» над одной точкой Земли.

Скрыть текст

Циклон на атлантическом побережье США. Снимок в видимом диапазоне

Обнаружение субмарин

Подводные лодки были изобретены как оружие для внезапных и непредсказуемых атак, но со спутника они видны как на ладони. Почти…

Любой корабль с двигателем выбрасывает за борт теплую воду. Даже если подлодка движется на большой глубине, тепловой след успевает всплыть на поверхность океана, где его обнаруживают спутники с высокоточным тепловым радиометром. Кроме этого, лодка оставляет за собой едва заметное искажение волн, которое можно увидеть с помощью радарного высотомера. Такой прибор сейчас измеряет высоту поверхности океана с точностью до 3 см.

Скрыть текст

Атомная субмарина проекта «Дельфин» в Северном Ледовитом океане. Снимок в видимом диапазоне

Мониторинг озоновых дыр

Несмотря на то что человечество остановило производство разрушающих озоновый слой фрео­нов, новые дыры в атмосфере по-прежнему появляются и затягиваются. Определять их размеры помогает спутниковая съемка в ультрафиолетовом диапазоне.

Озоновый слой защищает нас от солнечного ультрафиолета. Когда в атмосфере возникает дыра, вредное излучение легче достигает поверхности Земли и отражается от нее. Именно это свойство позволяет находить участки с большим или меньшим содержанием озона — ​ученым достаточно мониторить интенсивность отраженного ультрафиолета, чтобы сделать выводы о появлении или затягивании дыры.

Скрыть текст

Данные спутникового мониторинга озоновой дыры над Антарктидой с 1979 по 2014 год

Оповещение о наводнениях

Гидрологи предупреждают людей о наводнениях задолго до того, как вода достигнет улиц и фундаментов домов. Радарные высотомеры измеряют уровень водоемов с точностью до 3 см и позволяют наблюдать за динамикой прибывания воды. Космические снимки в видимом диапазоне помогают определить высоту и направление волн по тому, как поверхность поглощает и отражает солнечный свет.

Кроме этого, в 2014 году, ученым из Калифорнийского университета удалось измерить количество воды в реках и грунтовых водах по незначительному изменению гравитации над бассейнами. Чем больше воды впитал грунт, тем выше сила тяжести над рекой. Именно от скрытого запаса воды в почвах зависит сила сезонных наводнений. Новый метод позволит предсказывать разрушительные разливы рек за пять месяцев до возможной трагедии.

Скрыть текст

Разлив реки Миссури, США. Трехмерная компьютерная реконструкция по спутниковым данным

Ледовая разведка

Глобальное изменение климата заставляет отступать полярные ледовые шапки, а значит, перевозить грузы по арктичес­ким морям становится проще. Дорогие ледоколы скоро можно будет оставить у причалов: прокладывать путь и обходить льды судам помогает спутниковая разведка.

Присутствие льдов на пути судна фиксируют по спутниковым снимкам в видимом диапазоне, которые пришли на смену воздушной ледовой разведке. Толщину льда измеряют по показаниям спутниковых радаров. В России уже работают над модернизацией системы «Север», которая собирает данные со спутников, кораблей и метеостанций, а затем создает прогноз ледовой обстановки и распространяет его на арктические суда.

Скрыть текст

Северный Ледовитый океан. Снимок в видимом диапазоне

Предсказание землетрясений

Землетрясения кажутся непредсказуемыми, но животные часто заранее уходят из зоны подземных толчков, чувствуя едва заметные приз­наки беды. Возможно, скоро мы научимся делать то же самое с помощью спутниковых данных.

Перед землетрясением в земной коре накапливается большая энергия, которую можно измерить. Данные со спутниковых радаров показывают внутреннее напряжение горных пород, высокоточные тепловые сенсоры регистрируют постепенное повышение температуры земли, магнитометры фиксируют изменения в магнитном поле, а гравиметры определяют силу тяжести над геологическими разломами. Совместив эти данные, ученые создают модели и стараются предсказать, когда ­породы начнут двигаться.

Скрыть текст

Волны на поверхности Земли во время землетрясения, США. Данные радарного высотомера с синтезированной апертурой (SAR)