Космічні дослідження у невидимій області спектра

Телевізійна зйомка

Телевізійна зйомка використовує видиму область спектру і ближню частину інфрачервоного випромінювання. у діапазоні 0,8-1,1 мкм. Зображення земної поверхні проектується на приймальний пристрій, з якого електричні сигнали передаються на Землю, або записуються на магнітну плівку, з якої вони потім передаються на Землю. В наземних пунктах телесигнали приймаються, підсилюються і за допомогою певних пристроїв (електронно-променевої трубки та ін.) відтворюються у вигляді зображень.

Телевізійна система виконує покадрову зйомку, а знята смуга складається з окремих кадрів.

При вертикальній орієнтації телекамери зображення поверхні наближається до планового, а перспективні викривлення на його краях викликані кривизною Землі. Для збільшення смуги захвату зйомка може проводитись одночасно двома телекамерами, оптичні осі яких відхилені від вертикалі на 19º. Зйомка може проводитись не тільки за допомогою телевізійних камер, але й шляхом використання скануючих пристроїв.

Для геологічних цілей використовуються два види телевізійних матеріалів: окремі телезнімки і телефотосхеми.

Основні дешифруючі ознаки телезнімків: фототони і рисунок зображення. Рекомендується виділяти на знімках ділянки, що відрізняються по фототону і рисунку зображення; результати дешифрування переносяться на телесхему.

Телевізійні знімки більш дрібні за масштабом забраження, ніж КФЗ, відрізняються більшою оглядовістю та генералізацією і можуть з успіхом використовуватися для дослідження регіональних і глобальних тектонічних процесів, осадконакопичення, вулканізму, сейсмології, при геоморфологічних дослідженнях. Телевізійні зображення і КФЗ доповнюють одні одних і утворюють разом із АФЗ єдиний послідовний комплекс матеріалів дистанційного вивчення поверхні Землі.

Широке застосування при геологічних дослідженнях отримали інфрачервона, радарна, радіотеплова, спектрометрична зйомки. Інші види зйомок: ультрафіолетова, лазерна і радіаційна - ще не знайшли достатнього застосування.

Інфрачервона зйомка основана на використанні зображення, отриманого в області спектру інфрачервоного випромінювання (ІВ). Нижня межа інфрачервоної області 0,76 мкм, верхня точка не встановлена - до 1000 мкм. Як правило джерелом ІВ є нагріте тіло.

Основні джерела, що викликають ів природних об"єктів, умовно можуть бути поділені на три групи:

- первинні теплові джерела (Сонце, ендогенне тапло Землі);

- вторинні джерела, нагрівання і випромінювання яких відбувається під дією інших джерел (випромінювання поверхні нечорного тіла та інше);

- змішані джерела, які характеризуються як власним, так і розсіяним відбиттям (атмосфера, поверхня Землі та інше).

При інфрачервоній зйомці застосовуються спеціальні фотоелектричні і теплові прилади, які перетворюють невидиме інфрачервоне випромінювання у видиме на електронно-променевих трубках. Реєстрація отриманого сигналу переводиться на плівку.

Фотографії, отримані у ближній частині ІЧ спектру, порівняно із звичайною фотографією, дають чіткі границі розповсюдження рослинності, водних поверхонь. крім того, ІЧ-фотографія дає можливість отримати знімки при найменшому освітленні і в темноті.

Оскільки теплове випромінювання характерне для всіх предметів, що нас оточують, а температура цих предметів різна, то ІЧ зображення характеризує просторове розповсюдження теплових неоднорідностей земної поверхні.

Спектр ІЧ випромінювання умовно поділений на три діапазони: ближній - 0,76-1,40 мкм, середній - 1,40-3,0 мкм і дальній - 3,0-1000 мкм. Використання різних ділянок спектру нерівномірне. У межах ближнього діапазону в основному реєструється відбите випромінювання Сонця, і тому основне застосування знаходить середній і початок дальнього діапазону (2-14 мкм).

При проходженні ІЧ випромінювання через атмосферу відмічається вибіркове поглинання випромінювання газом і водяною парою.

На ІЧ зображеннях яскравими тонами зображуються ділянки, які мають більш низьку температуру, а темний фон відповідає ділянкам з більш високою температурою.

Як відомо, із збільшенням вологості температура поверхні значно знижується. Користуючись цією властивістю, на ІЧ зображеннях за зміною теплових контрастів земної поверхні можна виділити місця підвищеної вологості, пов"язані із наявністю грунтових і пластових вод. Особливо важливе використання ІЧ методу при пошуках грунтових вод у пустельних областях.

При радарній зйомці використовується мікрохвильовий діапазон електромагнітного спектру від 0,3 до 1 м. При цьомму можуть фіксуватися природне випромінювання і штучний радіосигнал, відбитий від різних об"єктів. У залежності від природи електромагнітного випромінювання радарна зйомка поділяється на радіолокаційну, або власне радарну і радіотеплову.

Для вирішення геологічних задач застосовуються радіолокатори бокового огляду, які встановлюються на літальних апаратах. Як правило встановлюються два локатори, що ведуть зйомку двох смуг, паралельних до маршруту літака.

Посланий радіосигнал по нормалі відбивається від зустрічних об"єктів і нерівностей поверхні Землі і вловлюється спеціальною антеною, після чого передається на відеокон або фіксується на фотоплівці. Радарну зйомку можна проводити у будь-який час доби і за будь-якої погоди. Лише при різко розчленованому рельєфі частина інформації може бути прихована радарною тінню. Внаслідок бокового огляду ділянка місцевості, що знаходиться під літаком, не попадає в зону огляду радіопроменя.

При геологічних дослідженнях як правило використовуються радіолокаційні зйомки двох фіксованих масштабів 1:90000 і 1:180000; ширина смуг досягає відповідно 13,5 і 27 км, ширина незнятої смуги дорівнює двом висотам польоту літака.

Дешифрування РЛ знімків основане на ти самих методичних прийомах, що і чорно-білих аерознімків. Серед прямих дешифруючих ознак основне значення мають структурний рисунок, тон і текстура зображень, а серед побічних - рельєф, вологість і характер рослинності. Найбільшу інформативність мають РЛ знімки, зроблені за простяганням структур.

РЛ знімки значно повніше ніж аерофотознімки можуть відобразити структури корінних порід, перекритих крихкими осадами, або на місцевості, вкритій густим рослинним покриттям.

Радіотеплова зйомка реєструє теплове радіовипромінювання (радіовипромінювання Сонця, земної поверхні) в діапазоні 0,3-10 см. Радіотеплова зйомка близька до ІЧ зйомки, ала відрізняється від останньої перш за все діапазоном частот. Відмінність природних об"єктів за тепловими неоднорідностями в області радіочастот залежить від температури тіла і коефіцієнта випромінювання природних об"єктів. При зміні вологості , солоності та інших параметрів, що впливають на природне електромагнітне поле гірських порід, а також при зміні складу порід земної поверхні, коефіцієнт випромінювання змінюється і це дає можливість фіксувати теплову аномалію. При спостереженні за земними об"єктами максимальні радіотеплові контрасти спостерігаються між водою і сушею, але дозволяють виявити приховані водойми, при цьому радіотеплова зйомка не залежить від стану атмосфери. Найбільший ефект зйомка дає при вивченні берегових ліній, вулканічної і гідротермальної діяльності, а також льодовикового покриття.

Спектрометрична зйомка полягає у реєстрації відбиваючих властивостей земної поверхні і атмосфери у видимому і ближньому інфрачервоному діапазоні. Вимірявши загальний потік падаючої радіації і потік радіації, відбитий від земної поверхні і розсіяний атмосферою, можна обчислити коефіцієнт спектральної яскравості поверхні Землі.

Спектрометрична зйомка проводиться як з літаків, так і з космічних літальних апаратів. Дешифрування спектральної яскравості природних утворень полягає у порівнянні з еталонним екраном. Для вимірів існують спеціальні спектрографи.

Процес зйомки включає в себе спектральний розподіл випромінювання, що попадає в прилад, перетворення променевої енергії в електричну і реєстрацію величин, пропорційних отримуваним сигналам.

Найбільш ефективною є мікрохвильова спектрометрія при довжині хвилі 0,3-1,0 м. Спектрометричні характеристики у деяких випадках значно повніші, ніж ті. які отримуються при фотографуванні. Однак складність її використання для цілей геології полягає у недостатній вивченості спектральних характеристик природних об"єктів.

Інші види зйомок. У невидимій частині спектру при геологічних дослідженнях використовуються ультрафіолетова і лазерна зйомки.

Ультрафіолетова зйомка використовує частини невидимого спектру випромінювання між видимим спектром і рентгенівським випромінюванням (0,38-0,20 мкм).

Вивчення особливостей будови земної поверхні за допомогою ультрафіолетової зйомки ускладнене внаслідок сильного поглинання і розсіювання ґуф випромінювання атмосферою. При опроміненні УФ променями деякі геологічні тіла починають флуоресцувати, причому інтенсивність флуоресценції збільшується з підвищенням вмісту радіоактивних елементів.

Застосування лазерної зйомки основане на опроміненні монохроматичною хвилею лазера природних об"єктів. Якщо лазер встановити на літак і опромінити вздовж лінії польоту поверхню Землі , то відбиті від поверхні лазерні промені і опірне зображення самого джерела, що одночасно фіксуються на фотоплівці, дадуть інтерференційну картину - голограму, у вигляді чергування світлих і білих смуг, або світлих і темних плям.