行星遙感

行星遙感指通過空間探測衛星所攜帶的感測器, 如立體攝像機、紅外掃瞄器、紅外輻射計、成像光譜儀、成像雷達、雷射測高儀以及地面雷達和室內波譜測試，探測收集行星的物理信息。

基本介紹

• 中文名：行星遙感
• 外文名：Planetary remote sensin
• 感測器：立體攝像機、掃瞄器、成像雷達等
• 探測數據：行星大氣、表面特徵的圖像和數據
• 搭載平台：衛星、飛船、太空梭、空間站
• 套用領域：天文學、測繪科學、地質資源

概述

空間飛行由繞地球、月球到向星際空間；搭載平台由無人衛星到載人飛船，從太空梭到空間站。空間控測技術進步極大地推動了行星遙感科學研究的發展。

空間探測衛星所攜帶的感測器，如立體攝像機、紅外掃瞄器、紅外輻射計、成像光譜儀、成像雷達、雷射測高儀以及地面雷達和室內波譜測試，提供了大量有關行星大氣、表面特徵的圖像和數據。這些信息可供人們研究行星大氣組成、大氣層結構、行星表面溫度、地表形態、土壤成分與結構、岩石礦物組成、地質構造及行星內部結構等特徵。

探測歷史

月球探測

早在六七十年代，由美國國家航空與宇宙航行局（NASA）主持，對月球實施了“徘徊者”、“探測者”、“軌道者”、“阿波羅”等—系列空間探測計畫，對月球表面進行常規攝像機拍攝，獲取了大數量、大面積圖像。“阿波羅—17號”繞月時，其攜帶成像雷達與常規攝像機—起曾對月表進行了探測。在常規相機拍攝的月表照片上，可看到月面“環形山”、“月海”、“月山”、“月谷”等主要地貌特徵，“環形山”呈淺色調，而“月海”色調卻比較暗。在雷達圖像上“環形山”是凸起的地物特徵。利用這些資料，現已編制了月球地形圖、地質圖和構造圖，並對月球表層土與岩石礦物組成，火山與岩漿活動，成坑過程與斷裂成因等方面有了深入了解和認識。

火星探測

火星探測始於60年代。“水手—4”於1964年1月28日發射，1965年7月14日飛臨火星，在與火星相距l0000km的軌道上，送回火星表面2幅電視圖像。“水手—6”1969年2月25日發射，—969年7月32日飛臨火星，發回76幅表面圖像。“水手—7”則於1969年8月5日送回126幅火星表面照片。“水手—9”號在1971年11月13日，送回7329幅火星表面大氣、雲層衛星圖像。前蘇聯的“火星—4”，亦於1974年1月送回了火星表面圖像。美國於1975年發射的“海盜—12”號飛船拍攝了51539張火星的清晰圖像，幾乎覆蓋了火星整個表面，由於火星探測表面積擴大，圖像解析度的大幅度提高，使關於火星的知識成幾何級數增長。圖像揭示了火星表面存在大量火山、片狀極地結構、蜿蜒曲折“運河”大斷裂、峽谷、極冠與環形坑。有關火星極地地質特徵成因，環形坑地貌及密度變化，懸崖峭壁，峽谷成因已有專家做了精闢論述和定量研究工作。

水星探測

“形跡詭秘”的水星則由1974年發射的“水手—10號”揭開了其神秘面紗。它以距水星700km處對其成像。圖像表明水星很像月球，環形山星羅棋布，另外還有山脈、陡壁、懸崖、盆地和平原。

金星探測

最初金星資料獲取則是1975年前蘇聯發射的“金星—9號”、“金星—10號”以及1978年發射的“金星—11號”、“金星—12號”來完成的。此外，美國“先鋒—金星1號”、“先鋒—金星2號”亦於1978年12月上旬發回了金星表面的探測資料。前蘇聯又於1981年發射了“金星—13號”、“金星—24號”；1983年又發射了“金星—15號”、“金星—16號”。裝載在飛船上的攝相機雷達、紅外輻射計和紅外波譜儀分別對金星表面、地形、大氣結構等進行了探測。初步結果認為金星表面相對比較平坦，“環形山”不象月球、水星那么發育，但金星上發育的高原、火山和山脈的規模都是地球上無法比擬的。

木星探測

早在1973年和1974年美國先後發射的“先驅—10號”和“先驅—11號”就已拍攝了木星表面圖像。為了進一步探測，於1977年8月和9月，美國發射了“旅行者—1號”和“旅行者—2號”，它們分別於1979年3月和7月飛臨木星，並拍攝了數以千計的圖像，這些高解析度的圖像，發現了木星環、大紅斑和橢圓形斑結構，並發現了木星背陽面長30000km的極光以及木星的帶狀形態和小紅斑結構。

土星探測

土星探測除1979年9月“先驅—11號”發現了土星兩個光環和—個環縫之外，後來的“旅行者—1號”、“旅行者—2號”相繼於1980年11月和1981年8月對土星觀測，根據發回資料，獲取了有關土星雲層結構和土星環的重要成果。

“旅行者—1號”和“旅行者—2號”目前還再向地球發回數據。其中“旅行者—2號”已於1989年9月觀測了海王星。並提供有關木星、土星、天王星、海王星的大量信息，而“旅行者—1號”目前仍以每天3.5au速度（au相當地球到太陽的平均距離）向太陽飛行，預計這兩艘飛船仍可繼續航行25年。

限於當時宇宙航行技術、感測器研製水平及有效載荷要求的限制，感測器多為常規攝相機，只對月球、金星使用過微波和紅外感測器，探測範圍也多限行星某一局部區域，圖像解析度最高在100m左右，探測對像以月球、火星、水星、金星為主。

發展現狀

美國“麥哲倫”空間計畫，標誌著本世紀最後十幾年行星探測的開始。目前美國政府支持的空間計畫有“麥哲倫”、“伽利略”、“尤利西斯”、“火星觀察者”、“Cassini”、“發現任務”等。

縱觀這些空間計畫中的遙感探測，使用的感測器多種多樣，如立體攝相機、成像雷達、可見光—紅外多光譜掃瞄器、紅外輻射儀、成像光譜儀等，因有效載荷增加和研究需要往往是多種感測器同時成像。探測範圍因其針對性強，多數為行星表面系統製圖，圖像解析度最高可達20m，探測對象以金星、木星、土星、火星為主。

1989年5月4日，太空梭將“麥哲倫”空間飛船送入太空，於1990年8月10日進入金星軌道，並於8月16日獲取了第—張金星雷達圖像。該飛船攜帶有S波段（12.6m）合成孔徑雷達、微波高度計及熱紅外掃瞄器。雷達圖像解析度為8x120m，據雷達圖像和高程測量數據，獲取了有關金星平原、脊與溝帶、山帶與火山隆起、冠形體及鑲嵌塊體的知識，對地貌成因、火山噴發、大地構造機理、星體衝擊、地表風化相互作用機制等做了深入研究。

“伽利略號”飛船於1989年10月發射，預計1995年12月到達木星。1990年2月10日，飛船上近紅外掃瞄器（0.7—5.2μm），發回了金星雲層圖像，揭示了金星渦流特徵。

1990年12月和1992年12月兩次飛臨地球，紅外掃瞄器和固體成像儀發回了地、月彩色圖像，月表面圖像。“伽利略號”的主要目標是考察木星及其衛星。“尤利西斯”宇宙飛船於1990年10月進入太空，1992年2月飛臨木星獲得推進力支持，預計在1994年6月至n月飛臨太陽南極，1995年6月至9月飛臨太陽北級，其探測目標是太陽圈。

“火星觀察者號”飛船於1992年9月發射，曾計畫於1993年9月開始對火星地質、地球物理和氣候狀況調查，並研究火星表面礦相、地形、重磁特徵及塵暴、大氣層結構與環流特徵，同時支持俄國“火星94計畫”，原計畫將持續687天（一個聖馬丁年），遺憾的是飛船於1993年8月便失控制。

“Cassini”計化將於1997年10月實施，飛船預計2004年6月到達土星，途徑金星、木星、地球來獲得推進力支持，其目標是通過布置Huygens探測器和成像雷達對土星及衛星表面進行探測。

“發現任務”計畫中的“火星環境調查先鋒號”將於1996年發射，1997年將漫遊器布置在火星表面，漫遊器攜帶有立體攝相機，可獲取火星表面圖像。

所獲取的行星大氣及表面圖像和數據的增加，對於木星、土星，其它行星以及整個太陽系的遙感探測將進入一個嶄新的階段，而木星和土星將成為研究“熱點”.木星圈層結構與地球、月球、火星等完全不同，其外殼以氫氣為主，內部則由鐵一矽物質組成。這種結構對今天的人們還很難理解，加之1994年7月間慧星對其撞擊產生的轟動影響，更增添了這個行星對人們的巨大吸引力。土星雷達觀測，將使人們採用類似研究金星那樣的途徑來研究土星，研究土星外層大氣和表面特徵，探討其成因機制。土星遙感探測預計將是人們對太陽系外行星深入認識和了解歷史的開始。

未來前景

由於六七十年代對月球、火星等行星的大規模探測， 並進行了系統研究， 有關月球、火星表面知識已積累了許多。目前， 人類著眼於月球資源和能源的開發及利用， 月球、火星的空間移民等超前套用研究，目前已開始了以建立月球前哨點， 月球基地和月球、火星居民區為目的新一輪探測。

截止目前， 針對月球、火星、金星、木星、土星的探測計畫都已實施。在今後一段時期， 行星遙感探測方面會在以前基礎上， 綜合、全面、系統地對這些行星進行探測。。另一方面針對水星、天王星、海王星、冥王星及小星體的探測計畫也在準備飛因此行星探測會在深度和廣度上展開。由於針對某一行星的全面系統探測的要求， 必須有多種感測器同時獲取數據， 單一感測器已不能滿足這種要求。

這些年，空間探測巨額資金投入， 不可預測的風險性以及規模程度， 促使各國在空間探測活動中， 既相互密切合作， 又相互激烈競爭。法俄、德俄、日俄已先後簽署了太空開發的合作協定。

總而言之， 今後行星遙感探測的趨勢是； 更高層次上探測月球、火星； 探測目標範圍由系統的類地行星，到類木行星； 新型感測器的使用和多種感測器並用； 廣泛的國際合作。

近十幾年來引人注目的火星軌道器探測任務主要有Mars Global Surveyor、MarsOdyssey、Mars Express，著陸巡視器探測任務有勇氣號、機遇號和好奇號火星車任務等。這些探測任務獲取海量數據中不僅有影像和光譜數據, 還有其它多種類型的輻射探測數據, 對這些數據的處理、分析和研究對人類對火星進一步認識火星具有重要意義。

火星是目前深空探測的主要對象, 軌道探測與著陸巡視探測已經並且繼續獲得更加豐富的高質量的數據, 為我們開展火星科學研究提供了極為便利的數據條件, 可以說我們正處在火星科學研究的最好時代。同時, 海量的火星遙感數據己經遠遠超出科學家和研究人員對其處理分析能力,研究和開發自動化和智慧型化的數據處理方法和工具來支撐火星科學研究變得十分必要和迫切。