Файл: Шалькевич Курс лекций.pdf

ðûõ çàäàííûõ óñëîâèÿõ îñâåùåííîñòè ïîâåðõíîñòè Çåìëè âäîëü
òðàññû ïîëåòà ÊÀ. Ïðè íåâîçìóùåííîì êåïëåðîâñêîì äâèæåíèè
ñïóòíèêà ïëîñêîñòü åãî îðáèòû, äâèãàÿñü âìåñòå ñ Çåìëåé âîêðóã
Ñîëíöà, ñîõðàíÿåò íåèçìåííîå ïîëîæåíèå â ìèðîâîì ïðîñòðàí-
ñòâå. Ñëåäîâàòåëüíî, óãîë ìåæäó ïëîñêîñòüþ òàêîé îðáèòû è ñîë-
íå÷íûìè ëó÷àìè â òå÷åíèå ãîäà ìåíÿåòñÿ íà 360

°

, ò. å. ïðèáëèçè-

òåëüíî íà îäèí ãðàäóñ â ñóòêè. Îäíàêî èçâåñòíî, ÷òî ñïëþñíó-
òîñòü Çåìëè, èëè ýêâàòîðèàëüíîå âçäóòèå, ïîâîðà÷èâàåò îðáèòó.
Âåëè÷èíà ýòîãî ïîâîðîòà ñóùåñòâåííî çàâèñèò îò íàêëîíåíèÿ è â
ìåíüøåé ñòåïåíè îò âûñîòû îðáèòû ñïóòíèêà. Ìîæíî òî÷íî ðàñ-
ñ÷èòàòü è ïîäîáðàòü íàêëîíåíèå è âûñîòó îðáèòû òàê, ÷òîáû óãëî-
âàÿ ñêîðîñòü ïîâîðîòà îðáèòû ñîîòâåòñòâîâàëà ñêîðîñòè âðàùå-
íèÿ Çåìëè âîêðóã Ñîëíöà. Â òàêîì ñëó÷àå óãîë ìåæäó ïëîñêîñòüþ
îðáèòû è ñîëíå÷íûìè ëó÷àìè îñòàåòñÿ ïî÷òè íåèçìåííûì. Ïîýòî-
ìó âûñîòà Ñîëíöà â ìîìåíò ïðîõîæäåíèÿ ñïóòíèêà íàä îïðåäå-
ëåííîé òî÷êîé Çåìëè âñåãäà îäíà è òà æå, âñëåäñòâèå ýòîãî îñâå-
ùåííîñòü òðàññû âî âðåìÿ ñúåìêè èçìåíÿåòñÿ òîëüêî â çàâèñè-
ìîñòè îò âðåìåíè ãîäà. Ðàñ÷åòû ïîêàçàëè, ÷òî ñîëíå÷íî-ñèíõðîí-
íàÿ îðáèòà ïî íàêëîíåíèþ äîëæíà áûòü îáðàòíîé, ò. å. â ïðåäåëàõ
îò 90

°

äî 180

°

, à âûñîòà íå ïðåâûøàòü 1000 êì. Â çàâèñèìîñòè îò

âðåìåíè ïðîëåòà ÈÑÇ íàä ðàéîíîì ñúåìêè ðàçëè÷àþò óòðåííèå,
ïîëóäåííûå è ñóìåðå÷íûå îðáèòû. Ñîëíå÷íî-ñèíõðîííûå îáðàò-
íûå îðáèòû èñïîëüçóþòñÿ äëÿ ðåñóðñíûõ è ìåòåîðîëîãè÷åñêèõ
ñïóòíèêîâ.

4. ÔÈÇÈ×ÅÑÊÈÅ ÎÑÍÎÂÛ È ÏÐÈÐÎÄÍÛÅ

ÓÑËÎÂÈß ÏÎËÓ×ÅÍÈß

ÀÝÐÎÊÎÑÌÈ×ÅÑÊÈÕ ÑÍÈÌÊÎÂ

Ïðè äèñòàíöèîííûõ ìåòîäàõ èññëåäîâàíèÿ èíôîðìàöèÿ îá

îáúåêòå ïåðåíîñèòñÿ ê ðåãèñòðèðóþùåìó ïðèáîðó ñ ïîìîùüþ
ýëåêòðîìàãíèòíûõ âîëí. Ýëåêòðîìàãíèòíîå èçëó÷åíèå îòíîñèòñÿ
ê íàèáîëåå âàæíûì ïîñðåäíèêàì ïðè äèñòàíöèîííûõ íàáëþäåíè-
ÿõ îêðóæàþùåé ñðåäû. Ïðåäñòàâëÿÿ åäèíñòâåííóþ ôîðìó ïåðå-
íîñà ýíåðãèè â îòêðûòîì êîñìîñå, ýëåêòðîìàãíèòíîå èçëó÷åíèå
îòëè÷àåòñÿ áîëüøèì ðàçíîîáðàçèåì ñâîéñòâ è ïðîÿâëåíèé. ×òîáû
ðàçîáðàòüñÿ â ðàçëè÷íûõ ìåòîäàõ äèñòàíöèîííûõ íàáëþäåíèé,
íóæíî èìåòü ïðåäñòàâëåíèå îá

ýëåêòðîìàãíèòíîì ñïåêòðå

. Ïîä

ýëåêòðîìàãíèòíûì ñïåêòðîì ñëåäóåò ïîíèìàòü êëàññèôèêàöèþ
ýëåêòðîìàãíèòíûõ âîëí ïî èõ äëèíàì.

37

Ýëåêòðîìàãíèòíûå âîëíû ðàçëè÷íûõ èçëó÷åíèé çàíèìàþò

âïîëíå îïðåäåëåííûå ó÷àñòêè â ñïåêòðå. ×àñòî èñïîëüçóåìûå â
àýðîêîñìè÷åñêèõ ìåòîäàõ ýëåêòðîìàãíèòíûå êîëåáàíèÿ îòíîñÿò-
ñÿ ê ó÷àñòêàì îïòè÷åñêèõ è óëüòðàêîðîòêèõ ðàäèîâîëí. Äëÿ
óäîáñòâà èçó÷åíèÿ ýëåêòðîìàãíèòíûé ñïåêòð ðàçáèâàþò íà ðÿä
ó÷àñòêîâ.

Ó÷àñòîê

îïòè÷åñêèõ

âîëí

(0,001—1000

ìêì)

âêëþ÷àåò

óëüòðàôèîëåòîâûé (< 0,4 ìêì), âèäèìûé (0,4—0,8 ìêì) è èíôðà-
êðàñíûé (0,8—1000 ìêì) äèàïàçîíû. Â óëüòðàôèîëåòîâîì äèàïà-
çîíå âûäåëÿþò áëèæíþþ (400—300 íì), ñðåäíþþ (300—200 íì)
è äàëüíþþ (< 200 íì) îáëàñòè. Âèäèìûé äèàïàçîí, â êîòîðîì
ãëàç ñïîñîáåí ðàçëè÷àòü öâåòîâûå ðàçëè÷èÿ, äåëÿò íà öâåòîâûå
çîíû ñî ñëåäóþùèìè íàçâàíèÿìè öâåòîâ è ãðàíèöàìè â íàíîìåò-
ðàõ: ôèîëåòîâûé 390—450, ñèíèé 450—480, ãîëóáîé 480—510,
çåëåíûé 510—550, æåëòî-çåëåíûé 550—575, æåëòûé 575—585,
îðàíæåâûé 585—620 è êðàñíûé 620—800. Äèàïàçîí èíôðàêðàñ-
íîãî (ÈÊ) èçëó÷åíèÿ ïîäðàçäåëÿåòñÿ íà ïîääèàïàçîíû áëèæíåãî
(< 1,5 ìêì), ñðåäíåãî (1,5—3 ìêì) è äàëüíåãî (> 3 ìêì) èíôðà-
êðàñíîãî èçëó÷åíèÿ. Â áëèæíåì è ñðåäíåì ÈÊ-ïîääèàïàçîíàõ
ïðåîáëàäàåò îòðàæåííîå (ñîëíå÷íîå) èçëó÷åíèå, à â äàëüíåì, íà-
çûâàåìîì òåïëîâûì, ñîáñòâåííîå èçëó÷åíèå Çåìëè. Âîëíû äëè-
íîé 0,1—1 ìì èíîãäà íàçûâàþò ñóáìèëëèìåòðîâûìè.

Ó÷àñòîê ñïåêòðà, îõâàòûâàþùèé óëüòðàêîðîòêèå ðàäèîâîë-

íû, ïðèíÿòî ðàçáèâàòü íà äèàïàçîí ìèëëèìåòðîâûõ, ñàíòèìåòðî-
âûõ, äåöèìåòðîâûõ è ìåòðîâûõ ðàäèîâîëí. Ñàíòèìåòðîâûå è äå-
öèìåòðîâûå âîëíû ÷àñòî îáúåäèíÿþò â äèàïàçîí ðàäèîâîëí
ñâåðõâûñîêèõ ÷àñòîò (ÑÂ×). Â ïåðåâîäíîé ëèòåðàòóðå ìèëëèìåò-
ðîâûå è ñàíòèìåòðîâûå âîëíû îòíîñÿò ê îäíîìó äèàïàçîíó, íàçû-
âàåìîìó ìèêðîâîëíîâûì.

4.1. Ñîëíå÷íîå èçëó÷åíèå è åãî îòðàæåíèå

îáúåêòàìè çåìíîé ïîâåðõíîñòè

Çåìëÿ, óäàëåííàÿ îò Ñîëíöà íà 150 ìëí êì, ïîëó÷àåò ìåíåå

îäíîé ïÿòèäåñÿòèìèëëèîííîé ÷àñòè âñåé èçëó÷àåìîé Ñîëíöåì
ýíåðãèè, ýòà ýíåðãèÿ èìååò çíà÷åíèå íå òîëüêî äëÿ áîëüøèíñòâà
ìåòîäîâ äèñòàíöèîííûõ íàáëþäåíèé, íî è ïîääåðæèâàåò æèçíü
íà Çåìëå.

Ñîëíöå ïîñûëàåò íà Çåìëþ î÷åíü øèðîêèé ñïåêòð ýëåêòðî-

ìàãíèòíûõ âîëí, íî çåìíàÿ àòìîñôåðà ïðîïóñêàåò òîëüêî íåêî-
òîðûå èç íèõ â ñïåêòðàëüíîì èíòåðâàëå îò 0,3 ìêì äî 20 ì. Îñ-

38

íîâíàÿ ýíåðãèÿ ïðèõîäèòñÿ íà èçëó÷åíèå ñ äëèíàìè âîëí
0,3—3 ìêì, ïðè÷åì ìàêñèìóì ýíåðãèè — íà âîëíû äëèíîé
0,5 ìêì.

Èçëó÷åíèå, ïàäàþùåå íà êàêîé-ëèáî îáúåêò, îïðåäåëåííûì

îáðàçîì âçàèìîäåéñòâóåò ñ íèì: íåêîòîðàÿ ÷àñòü èçëó÷åíèÿ îòðà-
æàåòñÿ, äðóãàÿ — ïîãëîùàåòñÿ è ðàññåèâàåòñÿ âíóòðè îáúåêòà,
òðåòüÿ — ïðîïóñêàåòñÿ. Äîëè îòðàæåííîãî, ïîãëîùåííîãî, ðàññå-
ÿííîãî è ïðîïóùåííîãî ëó÷èñòûõ ïîòîêîâ îöåíèâàþòñÿ ñîîòâåò-
ñòâóþùèìè êîýôôèöèåíòàìè, êîòîðûå ïî çàêîíó ñîõðàíåíèÿ
ýíåðãèè â ñóììå âñåãäà ñîñòàâëÿþò åäèíèöó.

Äëÿ îáúåêòîâ ñóøè íàèáîëåå âàæíûì ÿâëÿåòñÿ îòðàæåííîå

èçëó÷åíèå. Èç îïòè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê îáúåêòîâ çåìíîé ïî-
âåðõíîñòè äëÿ ïîëó÷åíèÿ ñíèìêîâ íàèáîëüøèé èíòåðåñ ïðåäñòàâ-
ëÿþò êîýôôèöèåíò èíòåãðàëüíîé ÿðêîñòè, ÿðêîñòíûé êîíòðàñò,
èíäèêàòðèñà îòðàæåíèÿ è îñîáåííî êîýôôèöèåíò ñïåêòðàëüíîé
ÿðêîñòè.

Êîýôôèöèåíò èíòåãðàëüíîé ÿðêîñòè

t

ß

, õàðàêòåðèçóþùèé

âåëè÷èíó îòðàæåííîãî ïîòîêà èçëó÷åíèÿ â çàäàííîì íàïðàâëå-
íèè ïî ñðàâíåíèþ ñ óïàâøèì ïîòîêîì, îïðåäåëÿåòñÿ êàê îòíîøå-
íèå ÿðêîñòè îáúåêòà Â

ß

ê ÿðêîñòè èäåàëüíîãî ðàññåèâàòåëÿ (ýòà-

ëîíà) Â

ß0

:

τ

ß

ß

ß0

Â

Â

=

.

ßðêîñòü îáúåêòîâ ÿâëÿåòñÿ ôóíêöèåé èõ îñâåùåííîñòè, êîòî-

ðàÿ ñêëàäûâàåòñÿ èç îñâåùåííîñòè ïðÿìûì ñîëíå÷íûì ñâåòîì,
ðàññåÿííûì ñâåòîì íåáîñâîäà, è ñâåòîì, îòðàæåííûì îò ñîñåäíèõ
îáúåêòîâ. Êàæäîìó îáúåêòó ñîîòâåòñòâóåò îïðåäåëåííûé êîýôôè-
öèåíò èíòåãðàëüíîé ÿðêîñòè. Íàïðèìåð, äëÿ ñíåãà ñâåæåâûïàâ-
øåãî îí ñîñòàâëÿåò 1,0, äëÿ ÷åðíîçåìà — 0,03, ïåñêà êâàðöåâî-
ãî — 0,20, ëóãà ñóõîäîëüíîãî — 0,07 è ò. ä., â ïðåäåëàõ îäíîãî
ëàíäøàôòà è äàæå ôàöèè íàáëþäàåòñÿ ñóùåñòâåííîå âàðüèðîâà-
íèå êîýôôèöèåíòîâ ÿðêîñòè. Íî ïî ìåðå ïðîäâèæåíèÿ ñ ñåâåðà
(îò çîíû òóíäðû) íà þã (äî çîíû ïóñòûíü) êîýôôèöèåíò ÿðêîñòè
èçìåíÿåòñÿ îò 0,05 äî 0,25. Ñðåäíåå çíà÷åíèå êîýôôèöèåíòà èí-
òåãðàëüíîé ÿðêîñòè â öåëîì ïðèíèìàþò ðàâíûì 0,15 (ëåòîì) è
0,50 (çèìîé).

ßðêîñòíûé êîíòðàñò

ÿâëÿåòñÿ ðàñïðîñòðàíåííîé õàðàêòå-

ðèñòèêîé ðàçëè÷èÿ äâóõ ÿðêîñòåé îáúåêòîâ Â

ß1

è Â

ß2

(Â

ß1

< Â

ß2

).

Ïðèìåíÿþò íåñêîëüêî âçàèìîñâÿçàííûõ âûðàæåíèé äëÿ êîíò-

39

ðàñòà. Ñðåäè íèõ ÷àùå âñåãî óïîòðåáëÿåòñÿ îòíîñèòåëüíûé êîíò-
ðàñò Ê

0

:

Ê

Â

Â

0

ß1

ß2

=

.

Êîíòðàñò ìåæäó íàèáîëåå ñâåòëûìè (Â

ßmax

) è òåìíûìè (Â

ßmin

)

îáúåêòàìè õàðàêòåðèçóåò èíòåðâàë ÿðêîñòåé àýðîêîñìè÷åñêîãî
ëàíäøàôòà

U

:

U

=

Â

Â

ßmax

ßmin

.

Èíäèêàòðèñà îòðàæåíèÿ (ðàññåÿíèÿ)

õàðàêòåðèçóåò âåëè÷è-

íó ÿðêîñòè îáúåêòà â çàâèñèìîñòè îò íàïðàâëåíèÿ íàáëþäåíèÿ.
Åå èçîáðàæàþò ãðàôè÷åñêè â âèäå ïîëÿðíîé äèàãðàììû, ïîêàçû-
âàþùåé êîýôôèöèåíòû ÿðêîñòè îáúåêòà ïî ðàçíûì íàïðàâëåíè-
ÿì. Ðàçëè÷àþò òðè îñíîâíûå ôîðìû èíäèêàòðèñ îòðàæåíèÿ
(ðèñ. 3).

Ðèñ. 3

. Èíäèêàòðèñà îòðàæåíèÿ ãëàäêîé (

à

),

øåðîõîâàòîé (ìàòîâîé) (

á

) è ðàñ÷ëåíåííîé (

â

) ïîâåðõíîñòè

Íàèáîëüøóþ ÿðêîñòü ïðè íàáëþäåíèè ïðîòèâ Ñîëíöà èìåþò

îáúåêòû ñ ãëàäêîé (çåðêàëüíîé) ïîâåðõíîñòüþ. Õàðàêòåðíûì
ïðåäñòàâèòåëåì ýòîé ãðóïïû ÿâëÿåòñÿ ñïîêîéíàÿ âîäíàÿ ïîâåðõ-
íîñòü, ëåäÿíîé ïîêðîâ, òàêûðû. Ìàòîâûå (ñëàáî øåðîõîâàòûå)
ïîâåðõíîñòè îòðàæàþò ñâåò ðàâíîìåðíî âî âñå ñòîðîíû. Òàêóþ,
òàê íàçûâàåìóþ ëàìáåðòîâñêóþ, èíäèêàòðèñó äîëæåí èìåòü ðàñ-
ñåèâàòåëü, ïðèíèìàåìûé â êà÷åñòâå ýòàëîíà.

 ïðèðîäå ê íåìó ïðèáëèæàþòñÿ ïëîñêèå ïåñ÷àíûå ïîâåðõ-

íîñòè. Îáúåêòû ñ ðàñ÷ëåíåííîé (ñèëüíî øåðîõîâàòîé) ïîâåðõíî-
ñòüþ èìåþò èíäèêàòðèñó îòðàæåíèÿ, âûòÿíóòóþ ê èñòî÷íèêó
ñâåòà, ò. å. ïðîòèâîïîëîæíóþ çåðêàëüíîé ïîâåðõíîñòè. Ìàêñè-
ìàëüíàÿ ÿðêîñòü òàêèõ îáúåêòîâ (âñïàõàííûå ïî÷âû, ðàñòèòåëü-
íûé ïîêðîâ) íàáëþäàåòñÿ ñî ñòîðîíû ïàäàþùèõ ëó÷åé. Àñèììåò-

40

ðèÿ èõ èíäèêàòðèñ âîçðàñòàåò ñ óâåëè÷åíèåì ðàñ÷ëåíåííîñòè (èñ-
ñå÷åííîñòè) ïîâåðõíîñòè.

Êîýôôèöèåíò ñïåêòðàëüíîé ÿðêîñòè

õàðàêòåðèçóåò âåëè÷è-

íó îòðàæåííîãî ïîòîêà èçëó÷åíèÿ â çàäàííîì íàïðàâëåíèè ïî
ñðàâíåíèþ ñ óïàâøèì ïîòîêîì äëÿ îïðåäåëåííîãî óçêîãî äèàïà-
çîíà ñïåêòðà. Òàê êàê îáúåêòû çåìíîé ïîâåðõíîñòè èìåþò îïðå-
äåëåííóþ îêðàñêó, èõ ÿðêîñòü â ðàçíûõ ñïåêòðàëüíûõ çîíàõ íå-
îäèíàêîâà, òî è õàðàêòåðèçóþòñÿ îíè ðàçëè÷íûìè êîýôôèöèåí-
òàìè ñïåêòðàëüíîé ÿðêîñòè. Ãðàôè÷åñêè êîýôôèöèåíòû ñïåêò-
ðàëüíîé ÿðêîñòè ïðåäñòàâëÿþò â âèäå òàê íàçûâàåìîé êðèâîé
ñïåêòðàëüíîé ÿðêîñòè

t

l

. Çíà÷åíèÿ êîýôôèöèåíòîâ ñïåêòðàëüíîé

ÿðêîñòè õðîìàòè÷åñêèõ îáúåêòîâ îáíàðóæèâàþò îïðåäåëåííûé
ñïåêòðàëüíûé õîä.

Ñïåêòðàëüíàÿ ÿðêîñòü îáúåêòîâ îïðåäåëÿåòñÿ â îñíîâíîì ýêñ-

ïåðèìåíòàëüíûì ïóòåì. Êîýôôèöèåíòû ñïåêòðàëüíîé ÿðêîñòè
èçìåðÿþò ãëàâíûì îáðàçîì ñ ïîìîùüþ ôîòîýëåêòðè÷åñêèõ ïðè-
áîðîâ (ñïåêòðîìåòðîâ) ïóòåì ñðàâíåíèÿ äâóõ îòðàæåííûõ ëó÷èñ-
òûõ ïîòîêîâ — îò èññëåäóåìîãî îáúåêòà è îò ýòàëîíà. Òî÷íîñòü
îïðåäåëåíèÿ êîýôôèöèåíòîâ ñïåêòðàëüíîé ÿðêîñòè õàðàêòåðèçó-
åòñÿ îòíîñèòåëüíîé ïîãðåøíîñòüþ â 5—10 % ïðè ñïåêòðàëüíîì
ðàçðåøåíèè 10—20 íì. Ñïåêòðàëüíóþ îòðàæàòåëüíóþ ñïîñîá-
íîñòü èçó÷àþò ëàáîðàòîðíî, â ïîëå, ñ ñàìîëåòîâ è êîñìè÷åñêèõ
àïïàðàòîâ. Â

ëàáîðàòîðíûõ óñëîâèÿõ

íà îòäåëüíûõ îáðàçöàõ

îïðåäåëÿþò çàâèñèìîñòü êîýôôèöèåíòîâ ÿðêîñòè îò íåêîòîðûõ
ñâîéñòâ îáúåêòîâ, íàïðèìåð ïî÷â — îò èõ âëàæíîñòè, ñîäåðæàíèÿ
ãóìóñà, ìèíåðàëîãè÷åñêîãî ñîñòàâà è ò. ä.

Ïðè íàçåìíîì

ñïåêòðî-

ìåòðèðîâàíèè â ïîëåâûõ óñëîâèÿõ èçó÷àåòñÿ ñóòî÷íûé õîä êîýô-
ôèöèåíòîâ ñïåêòðàëüíîé ÿðêîñòè, èõ çàâèñèìîñòü îò ôåíîëîãè-
÷åñêîé ôàçû ðàçâèòèÿ ðàñòèòåëüíîñòè.

Ïðè àýðîêîñìè÷åñêîì

ñïåêòðîìåòðèðîâàíèè, êîòîðîå ÿâëÿåòñÿ îñíîâíûì âèäîì îïðåäå-
ëåíèÿ êîýôôèöèåíòîâ ñïåêòðàëüíîé ÿðêîñòè, îõâàòûâàþòñÿ çíà-
÷èòåëüíûå ïëîùàäè, à ïîëó÷àåìûå îïòè÷åñêèå ïàðàìåòðû õàðàê-
òåðèçóþò êðóïíûå ðàçíîðîäíûå îáúåêòû. Ñèíõðîííûå ñïåêòðî-
ìåòðè÷åñêèå èçìåðåíèÿ íà çåìëå, ñ ñàìîëåòà è êîñìè÷åñêîãî àï-
ïàðàòà ïðîâîäÿòñÿ äëÿ îöåíêè âëèÿíèÿ àòìîñôåðû íà îïòè÷åñêèå
õàðàêòåðèñòèêè îáúåêòîâ. Íàäî ó÷èòûâàòü, ÷òî îòðàæàòåëüíàÿ
ñïîñîáíîñòü, íàïðèìåð, îòäåëüíîãî äðåâåñíîãî ëèñòà (ëàáîðàòîð-
íûå èçìåðåíèÿ) îòëè÷àåòñÿ îò îòðàæàòåëüíîé ñïîñîáíîñòè äåðåâà
(íàçåìíûå èçìåðåíèÿ), à îíà, â ñâîþ î÷åðåäü, îò îòðàæàòåëüíîé
ñïîñîáíîñòè ó÷àñòêà ëåñà (ñàìîëåòíûå èçìåðåíèÿ) èëè ëåñíîãî
ìàññèâà (êîñìè÷åñêèå èçìåðåíèÿ).

41