“风云四号”、GOES-16和“向日葵”系列： 最新地球“写真”大PK

　　1月15日，美国GOES-16卫星向地球发回第一批高分辨率图像；1月24日，日本“向日葵9号”发回第一批高分辨率图像；2月27日，我国新一代静止气象卫星“风云四号”A星第一幅地球大气高光谱图和高分辨率图像正式亮相……这些包含人类最先进科技成果的卫星从不同角度为地球拍下了一幅幅“写真”。

　　写真内容花样繁多

　　扫描成像辐射计主要承担获取云图的任务。GOES-16一共有16个通道，该星2017年1月15日捕获的复合彩色圆盘图就是由这16个光谱通道拍摄图片合成创建。而从这张风云、地貌细节超级清晰的地球照片中，人们可以一览它的先进之处。此外，在GOES-16获取的第一批图像中，还包括一张1月15日美国大陆图像，其中清晰显示了席卷北美的重大风暴系统；一张展示了从非洲海岸吹来灰尘的图像；一张清晰显示浅水水域的加勒比海和佛罗里达地区图像；一张展示南美洲阿根廷美景的照片，该国西南部山脉云海清晰可见。

　　“向日葵9号”也拥有16个通道，与美国GOES-16相似，因此获取的卫星观测图像类似。日本气象厅官网也制作了一张色彩鲜明的地球清晰照片，超高分辨率的图像详细展现了云、海洋、沙漠等细节。

　　FY-4A卫星多通道扫描成像辐射计2017年2月20日13:50（北京时）第一幅多通道彩色合成图像。来源：国家卫星气象中心

　　我国“风云四号”卫星扫描成像辐射计针对我国气象应用，A星设置了14个通道，与“风云二号”的5通道相比，提升幅度相当之大。在“风云二号”观测云、水汽、植被、地表的基础上，“风云四号”A星还具备了捕捉气溶胶、雪的能力，并且能清晰区分云的不同相态和高、中层水汽。“风云四号”还首次制作出彩色卫星云图，青藏高原湖泊、黄海细胞状云系、西伯利亚积雪、赤道附近热带对流等均清晰可见。中国工程院院士许健民评价其“云系结构和地物特征层次丰富、纹理清晰”。

“向日葵9号”首图。来源：日本气象厅官网

　　拍起照来又快又准

　　除了“拍照”的内容，“拍照”时间也是各国竞相追逐比较的数据之一，因为在关键天气发生过程中，预报预警、防灾救灾都要争分夺秒。

　　GOES-16可以每15分钟提供一张地球完整圆盘图，但如果针对美国大陆，它每5分钟就能更新图片。此外，在恶劣天气发生时，它能瞄准飓风、野火、火山爆发等高影响环境现象地区，每30秒更新图片。与目前业务运行的当代GOES卫星相比，速度快了5倍，空间分辨率也提高了四倍。

　　据日本气象厅官网给出的信息，“向日葵”系列卫星全部波道10分钟即截取一次图片，针对日本和特定目标（台风）可实现2.5分钟一次。

　　“风云四号”A星每15分钟可以提供一张地球完整圆盘图。但如果针对特定区域，它还可以最快1分钟可以生成一张观测图像。

　　全彩or真全彩？

　　很多人都知道，RGB色彩模式是工业界的一种颜色标准，是通过对红（R）、绿（G）、蓝（B）三个颜色通道的变化以及它们相互之间的叠加来得到各式各样的颜色，RGB即是代表红、绿、蓝三个通道的颜色，这个标准几乎包括了人类视力所能感知的所有颜色，是目前运用最广的颜色系统之一。

　　气象卫星要给地球拍彩色“写真”，自然少不了要用到这三个通道。但事实上，无论是GOES-16，还是“风云四号”A星，只是实现了“全彩”，并没有实现“真全彩”。

　　率先实现“真全彩”的是美国极轨卫星EOS，其Modis分辨率成像光谱仪上拥有0.55μm的绿色通道，与“蓝色”（0.47μm）和“红色”（0.64μm）组合起来，形成了红-绿-蓝（RGB）的“真全彩”图像，能够完全展示地球的自然色彩。静止轨道卫星未来也将增加这一功能。“风云四号”卫星通过研究科学算法，计算出绿色信息，也生成了全彩图像。

　　绿色通道主要提供与陆地、云和气溶胶相关的日间观测。与黑白图像相比，从彩色图像上能更好地区分云层和沙尘，因此更有利于空气污染研究和太阳辐射估计等其他产品的获取。

　　正如美国气象局局长乌切利尼所说，卫星图像不仅是一幅漂亮的画面，更是天气观测预报的未来。这些新卫星令人难以置信的清晰图像，达到了卫星科研制造人员的预期，也让无数气象工作者对气象预报的未来有了更多期待。

　　谷歌地球：用卫星图像带你看世界

谷歌地球。来源：谷歌地球软件截图

　　2月27日，奥斯卡颁出最佳影片等奖项，受到全球瞩目。尽管入围影片《雄狮》没有获奖，却因为其讲述走失儿童利用谷歌地球（Google Earth）回到故乡的真实故事而获得不少关注。如今，在卫星技术飞速发展的“加持”之下，谷歌地球的作用已经超出人们的想象。

　　2004年，谷歌收购Keyhole，他们的关键技术是可以将卫星图像拼接成大幅世界地图，然后将其切割成数百万块，这样一来，用户便可鸟瞰地球，然后定位到具体的地点。

　　2005年5月，谷歌地球正式发布，用户可以通过这个软件免费浏览全球各地的高清晰度卫星图片。而与传统意义地图不同的是，卫星地图上看到的地表面貌是真实且实时的。以致于有用户说：“只要点击几下，你就能领略到我们这个蓝绿色地球是多么漂亮。”

　　谷歌地球将卫星照片、航空照相和GIS布置在一个地球的三维模型上。用户可以通过下载到电脑、手机上的客户端软件，免费浏览全球各地的高清晰度卫星图片。

　　据了解，谷歌地球的卫星影像，并非单一数据来源，而是卫星影像与航拍的数据整合。其中98%的全球影像都来自卫星地图，航拍照片则作为补充。

　　谷歌地球卫星影像部分来自于美国DigitalGlobe公司的QuickBird（捷鸟）商业卫星与EarthSat公司，后者影像主要来自陆地卫星Landsat7。

　　就在今年2月上旬，谷歌宣布，谷歌地图和谷歌地球两大服务已经升级使用了来自Landsat8卫星的最新卫星照片，比以往Landsat7卫星图片的覆盖范围更广，细节更清楚，色彩更逼真，捕捉率也更快。Landsat8卫星可捕捉海量地球影像资料，谷歌则进一步从多达700万亿像素的照片中，筛选出了质量最高的，全线应用于旗下地图服务。

　　不过，不久之前，谷歌和地图创业公司Planet Labs宣布，后者将收购谷歌旗下卫星图像公司Terra Bella。根据双方达成的协议，Planet Labs将收购Terra Bella业务和卫星，而谷歌则将继续通过授权方式为其地图产品提供卫星图像。但业内人士认为，对于地图业务谷歌无法割舍，也割舍不了，太多的产品线还需要其支撑。（赵晓妮）

　　卫星之前，谁绘制了第一张世界地图？

　　公元前276年—公元前194年，古希腊地理学家埃拉托色尼绘制的世界地图。埃拉托色尼被西方地理学家推崇为“地理学之父”，除了他在测地学和地理学方面的杰出贡献外，他还是第一个创用了“地理学”这个词汇的人。

16世纪比利时地图绘制师亚伯拉罕·奥特柳斯绘制的世界地图。

　　卫星好比地球的照相机。没有照相机的时候，人们用的是绘画。绘制地图，也是如此。

　　传说，绘制地图的初衷是为了解决邻里琐事。尼罗河的季节性洪水总是冲毁附近埃及人民的田地边界，大家常年为了界定土地争执不休，因此想到绘制土地形状。公元前600年左右，一位名叫泰勒斯的年轻人整合了这些经验，发明了测量金字塔高度的方法，开创了当时被称为测量土地的几何学。

　　地图由无数点和点位间的相互空间关系构成。描绘现实世界，就要测量其他点与所站点的角度和距离，也可理解为现在人们说的“方向”和“距离”。所以几何学在一段时间内，成为绘制地图的基础。当然，前提是实地调查。从我国甘肃出土的秦始皇八年（公元前239年）的7幅地图来看，它们均是用黑线绘制在松木板上。根据这些地图，人们还能找到今天渭水支流以及周边的许多峡谷。

　　西方比较认同的观点是，1569年，数学专业的墨卡托用“墨卡托投影法”绘制了第一张世界地图。墨卡托假设地球被围在一个中空圆柱里，其基准纬线与圆柱相切（赤道）接触，然后再假想地球中心有一盏灯，把地球面上的圆形投影到圆柱体上，再把圆柱体展开。这种方法也是在大航海时代序幕拉开、贸易需求促进的背景下产生的。而此时，在绘制区域地图的过程中，除了依据几何学的直观判断，还加入了航海术、地图学、光学与仪器相关科技的运用。

　　例如，1608年荷兰人汉斯发明望远镜；差不多同一时期，荷兰数学家斯涅耳开始应用三角测量方法确定城市、河流等地物地貌的统一坐标；到1783年，法国将天文测量与三角测量相结合，绘制覆盖英吉利海峡的精确地图；英国随后也开始制作新型测量仪器经纬仪；到法国大革命前夕，法国科学院首次测量了地球的准确形状。在这些技术进步和各国为了扩大航海领域的斗争中，单位“米”诞生，人们开始更精确地绘制地图。

　　地理测绘一直跟随技术进步不断发展。到近代，人们开始利用高分辨率卫星，摆脱了从一个点来绘制全貌的局面，而可以从面上直接呈现。不仅是绘制地图，地球上的任何细节，甚至建筑物内部结构或是云层都可以分析呈现，并运用在各个领域。

　　尽管如此，人工绘制地球图像的方式依然被传承，人们仍能在大街小巷看到架着仪器测绘的工作人员。在一些被卫星遗漏的角落，或是在“科技可能失灵”的时刻，人们依然可以从容地绘制地图。（孙楠）

　　蓝色弹珠：登陆微信看到的那颗地球

微信开启页面。来源：微信软件开启页面截图

　　一个孤独的小人，背靠着巨大的地球站在那里；与小人同样孤独的地球，散发着蓝色幽冷的清辉。这是微信的启动画面，许多人对此都非常熟悉。

　　但并非所有人都知道，这颗看上去十分清晰的地球，有一个特别的名字，叫作“蓝色弹珠”。不过，展示在我们眼前的，不是一张地图，而是世界上第一张能清晰拍到地球发亮一面的照片。

　　按照美国“阿波罗登月计划”，1969年7月至1972年12月，美国共向月球发射了7艘登月飞船。除“阿波罗13号”飞船未能按计划登月外，其他几次都获得成功。1972年12月7日，当“阿波罗17号”飞船在距地球4.5万公里时，人类第一次清晰地拍到了母星。作为人际沟通工具，没有哪张图能比这张人类最近一次在太空中远眺母星的景象，更好地表达出人类内心的孤独了。

　　当时“阿波罗17号”飞船上三名宇航员中的某一位用一台80毫米镜头的哈苏照相机，拍下了完整的地球照片。这张照片的官方编号是：AS17-148-22727，人们喜欢叫它“蓝色弹珠”（The Blue Marble），因为对于身处太空的宇航员来说，地球看上去就像小孩子玩耍的弹珠一样小。

　　“阿波罗17号”飞船执行的是最后一次“阿波罗登月计划”，从此以后，人类已经很久没有乘飞船抵达这个距离对地球进行拍照。我们看到的大量地球照片都是合成照，并非太空实拍。美国《大西洋月刊》曾评价，在“阿波罗17号”带回来的东西中，最重要的恐怕不是月球土壤，而是那张名叫“蓝色弹珠”的照片。

　　2017年是这张照片诞生的第45年。1月16日，“阿波罗17号”飞船指挥官、美国宇航员尤金·塞尔南因健康原因逝世，他是当时最后一个返回登月舱的人，因此也成为“最后一个在月球上留下脚印的人”。包括塞尔南在内的三名宇航员，都说这张照片是自己拍的。最后，美国国家航空航天局（NASA）把功劳归功于这个团队。

　　几十年来，这张照片广为流传，除了微信开启页面，它还是著名开放式分类目录网站DMOZ的分类标志、环保组织Earth Day Network宣传图、Windows 98网络连接共享安装向导图、《科学美国人》杂志使用的行星解剖图等。

　　去年3月，在江苏省高中阶段学业水平测试中，有一道“微信启动画面是几月份”的选择题，让几乎天天用微信的学生们有点懵，感觉都白玩儿了。其实，即便不了解这张图片的拍摄历史，根据这张图片赤道低气压的移动，也能判断拍摄时间在12月。（张格苗　《中国气象报》2017年3月1日四版　责任编辑：张林）