Vệ tinh quan sát Trái Đất
Tiếp theo các kỳ trước, kỳ này chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về các loại vệ
tinh quan sát Trái đất và những thành tựu trong sử dụng vệ tinh nghiên cứu
Trái đất.
Vệ tinh quan sát Trái đất
Hiện nay có rất nhiều vệ tinh nhân tạo từ trên cao quan
sát Trái đất với nhiều mục đích khác nhau như: Chụp ảnh và dự
báo thời tiết; theo dõi ô nhiễm môi trường và tầng ôzôn; khoa
học về khí hậu; theo dõi đất đai nông nghiệp, rừng…
Việc quan sát, chụp ảnh từ vệ tinh không phải chỉ dùng
sóng ánh sáng nhìn thấy mà có thể dùng nhiều loại sóng có
bước sóng khác nhau trong phổ sóng điện từ, chủ yếu là:
- Ánh sáng nhìn thấy và hồng ngoại gần, tức là sóng điện từ trong phạm vi
bước sóng từ 0,6 đến 1,6 micromet (µm) để theo dõi, chụp ảnh mây, mặt đất.
- Tia hồng ngoại bước sóng từ 3,9 µm đến 7,3 µm để theo dõi hơi nước và
bước sóng từ 8,7 µm đến 13,4 µm để chụp ảnh nhiệt (đo nhiệt độ).
Rất nhiều phép chụp ảnh được thực hiện theo phương pháp quét, ảnh ghi
theo kỹ thuật số trực tiếp truyền về Trái đất để xử lý.
Vệ tinh sử dụng để quan sát Trái đất có nhiều loại.
Vệ tinh địa tĩnh: Có ưu điểm là đứng yên ở một độ cao xác định so với mặt
đất (gần 36.000 km so với mặt đất), từ vệ tinh địa tĩnh có thể chụp ảnh rõ gần một
nửa diện tích Trái đất. Tuy nhiên, mỗi vệ tinh địa tĩnh luôn cố định ở một điểm
trên xích đạo nên hình ảnh chụp những nơi ở gần về phía cực Bắc hoặc Nam khá
xiên, có thể có những chi tiết không rõ.
Vệ tinh quỹ đạo cực: Vệ tinh bay theo quỹ đạo cực quanh Trái đất theo mặt
phẳng gần như đi qua hai cực Bắc, Nam và vuông góc với mặt xích đạo. So với vệ
tinh địa tĩnh, vệ tinh quỹ đạo cực bay thấp hơn nhiều, cách mặt đất khoảng 700
đến 800 km và quay quanh Trái đất nhiều vòng trong một ngày đêm. Người ta còn
tính toán sao cho vệ tinh bay trên xích đạo cũng như bay trên một vĩ tuyến nhất
định nào đó đều đúng vào một giờ mặt trời nhất định nên gọi là vệ tinh đồng bộ
mặt trời. Nhờ đó, ở một địa phương nào đó, quanh năm đều thấy vệ tinh ở trên đầu
vào đúng một thời điểm trong ngày. Vì vậy, vệ tinh đồng bộ mặt trời cho phép theo
dõi các thông số trên mặt đất như nhiệt độ, mây mù… ở một địa phương vào đúng
một giờ nào đó thay đổi trong năm như thế nào.
Bay theo quỹ đạo cực đồng bộ mặt trời, vệ tinh có nhiều điều kiện thuận lợi
để quan sát Trái đất, theo dõi được nhiều vùng trên mặt đất.
Quỹ đạo nghiêng: Độ nghiêng của mặt quỹ đạo vào khoảng giữa 00 (quỹ đạo
xích đạo) và 900 (quỹ đạo cực). Quỹ đạo được chọn dựa theo yêu cầu là phải theo
dõi kỹ vùng nào, vĩ tuyến nào… Độ cao của những vệ tinh theo quỹ đạo nghiêng
thường chỉ vài trăm kilomet, vì vậy, nó quay quanh Trái đất rất nhanh, một vòng
chỉ vài giờ. Những vệ tinh này không đồng bộ với mặt đất, nó “nhìn xuống” một
vùng nào đấy vào những thời điểm khác nhau.
Một số vệ tinh quan sát Trái đất đang hoạt động
Hiện nay, trên bầu trời có khá nhiều vệ tinh
quan sát Trái đất, trong đó phần lớn là vệ tinh thời
tiết c?a nhiều nước khác nhau.
Mỹ có vệ tinh địa tĩnh phục vụ dự báo thời tiết
GOES-11 chuyên quan sát miền tây Thái Bình Dương
và GOES-12 chuyên quan sát phía đông vùng sông Amazôn. Nhật Bản có vệ tinh địa
tĩnh đang hoạt động là MTSAT-IR ở trên vùng giữa Thái Bình Dương. Châu Âu có
Meteosat-8 (ở 3,50 đông), Meteosat-9 (00) ở phía trên Đại Tây Dương, Meteosat-6
(630 đông) và Meteosat-7 (57,50 đông) trên Ấn Độ Dương. Nước Nga có vệ tinh
địa tĩnh GOMS trên xích đạo phía nam của Mátxcơva. Ấn Độ có vệ tinh địa tĩnh để
nghiên cứu khí tượng. Trung Quốc có vệ tinh địa tĩnh FY-2C ở 1050 đông và FY-2D
ở 86,50 đông.
Về vệ tinh quỹ đạo cực, Mỹ có một loạt vệ tinh khí tượng ký hiệu là NOAA (số
17, 18, 15, 16, 14, 12). Châu Âu có vệ tinh Metop-A, Nga có loạt vệ tinh Meteor và
RESURS. Ấn Độ và Trung Quốc cũng có nhiều vệ tinh quỹ đạo cực. Trên các vệ tinh
này, người ta dùng ánh sáng nhìn thấy chụp ảnh mặt đất vào ban ngày, người bình
thường nhìn những ảnh này cũng thấy được mây, mưa, gió bão, hồ ao, rừng, núi,
tuyết rơi, cháy rừng, ô nhiễm khói, bụi…
Những ảnh chụp về nhiệt, chụp bằng tia hồng ngoại… thường dùng phương
pháp quét, phải có người có trình độ chuyên môn phân tích mới hiểu được. Từ các
ảnh chụp bằng máy gọi là bộ quét sóng có thể tìm hiểu được các loại mây ở cao hay
thấp, nhiệt độ trên mặt đất và trên mặt nước đại dương…
Những ảnh hồng ngoại cho biết cả những hải lưu, dòng xoáy trên biển mà
người đi biển thường xuyên phải quan tâm. Ngày nay những người đánh cá chuyên
nghiệp có điều kiện theo dõi những ảnh đặc biệt do vệ tinh cung cấp để luận đoán
về nơi cá quần tụ, luồng cá đi về… để tổ chức đánh bắt. Việc theo dõi tuyết rơi,
lượng tuyết tích tụ ở mặt đất để biết khả năng dự trữ nước cho mùa màng; việc
theo dõi băng trôi, núi băng lở ảnh hưởng đến nhiệt độ, độ cao mực nước biển…
Ngay cả việc cháy rừng, ô nhiễm khói, nước lụt… ở một vùng, một địa phương cũng
có thể biết được chính xác từ ảnh vệ tinh.
Ví dụ, ở những vùng xa xôi, các trạm quan sát thưa thớt, vệ tinh thông báo
rất nhanh có cháy không những khi ngọn lửa đã bốc lên mà cả những nơi cháy âm ỉ
do ở vệ tinh có sự kết hợp rất chặt chẽ giữa chụp ảnh bằng ánh sáng và chụp ảnh
bằng hồng ngoại, có thể chụp ảnh ở những nơi thải ra nhiều CO2…
Những thành tựu nghiên cứu Trái đất bằng vệ tinh
Năm 2007 là năm kỷ niệm
50 năm quan sát Trái đất từ vũ
trụ (nhờ vệ tinh, bắt đầu là
Sputmik 1 của Liên Xô phóng năm
1957). Người ta đã tóm tắt những
thành tựu quan trọng như sau:
Chụp ảnh thời tiết và dự báo
thời tiết: Có thể nói hiện nay
không có một cơn bão lớn, nhỏ nào mà không được dự báo trước, những thông số
về thời tiết, khí hậu luôn được cập nhật trên phạm vi toàn cầu, cho phép dự báo
trước 7 ngày.
Theo dõi ô nhiễm và thiếu hụt ở tầng ôzôn để có biện pháp khắc phục hiệu quả:
Những thông tin từ các vệ tinh cung cấp cho phép đưa ra các cách tính toán về động
học ô nhiễm môi trường, từ đó dự đoán những thay đổi về thành phần khí quyển
khá chính xác. Chính những dự báo về hư hỏng, thiếu hụt ở tầng ôzôn đã dẫn đến
Nghị định thư Montreal về chống thải các chất khí phá hoại tầng ôzôn.
Khoa học về khí hậu: Nhờ vệ tinh đã hình thành môn khoa học về khí hậu toàn
cầu. Vệ tinh đã cung cấp nhiệt độ bề mặt đại dương, số liệu chính xác về băng lở ở
Bắc cực, về băng trôi trên mặt biển… những yếu tố rất quan trọng để dự báo về sự
nóng lên toàn cầu, El Nino, La Nina…
Theo dõi đất đai trồng trọt: Vệ tinh cho phép theo dõi chính xác những thay
đổi về diện tích cây xanh phủ trên bề mặt Trái đất, đất đai trồng trọt… từ đó, cảnh
báo về nạn chặt phá rừng, khuyến nghị về khôi phục cây xanh phủ kín nơi hoang
hoá, thậm chí có cả Trung tâm quốc tế về dự báo thiếu lương thực, đã dự báo khá
đúng cho khu vực nam Sahara của châu Phi.
Tóm lại, thế mạnh của việc quan sát Trái đất từ vệ tinh là rất rõ ràng. Các
nước phát triển luôn chú trọng đầu tư để hệ thống vệ tinh đã phóng làm việc có
hiệu quả, đồng thời tiếp tục phóng những vệ tinh mới, có những khả năng ưu việt
hơn, vì kết quả có được từ quan sát Trái đất bằng vệ tinh có tầm quan trọng đặc
biệt đối phát triển với kinh tế, xã hội. Tuy nhiên, xu hướng hiện nay là phổ biến
rộng rãi trên toàn cầu những thông tin, hình ảnh do vệ tinh cung cấp (nhiều
trường hợp cung cấp miễn phí, để nhiều nước có điều kiện tham gia). Những kết
quả quan sát Trái đất từ các vệ tinh rất quan trọng nhưng quan sát tại chỗ (ở mặt
đất) cũng quan trọng không kém. Do đó, cần hình thành một mạng lưới rộng rãi, có
sự phối hợp chặt chẽ cả trên trời lẫn dưới đất ở nhiều vùng. Ngoài ra, các nước
nghèo cũng có rất nhiều điều kiện để tham gia nghiên cứu Trái đất từ vệ tinh.
