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又一个有关地球素颜照的乌龙:辟谣一则新闻的说法 精选

已有 32580 次阅读 2014-12-24 22:37 |个人分类:科普荟萃|系统分类:科普集锦|关键词:地球 重力卫星 瑞利散射 素颜照

在两年前,也就是2012年12月27日的时候,网上流传一个据说是@NASA中文微博的贴子,说地球的素颜照并不是地球仪上的那个样子,而是一个怪状极其怪异的东西,长满了青春痘,丑陋无比(图1)。许多网友看后,惊呼“毁三观”。不过,2013年1月2号很快被辟谣,因为那幅图是地球重力图。这幅图其实来源于欧航局地球观测项目的一个子项目,叫做测量地球重力场变化(GOCE),其目的就是利用重力卫星测量地球表面不同地区重力的细微变化。我们在中学做物理题目的时候,总是会“假设地球可视为质量均匀分布的球体”,其实现在看来是很不科学的。有关重力卫星,我在之前的博文中有介绍,有兴趣者可以先看看(http://blog.sciencenet.cn/blog-502444-720769.htmlhttp://blog.sciencenet.cn/blog-502444-635077.html)。

图1 地球的重力场照片

刚才,又看到一则新闻,也是谈论地球素颜照的,但这次的说法不同。不过遗憾的是,又是一个乌龙。(新闻来源:http://news.163.com/14/1224/10/AE7L7I5S00014AEE.html

【新闻】参考消息网12月24日报道:境外媒体称,许多人对地球的印象大概是美丽的水蓝色,不过其实那张照片是被“PS”过的。最近,日本气象卫星向日葵8号拍下地球细部影像,更是第一张呈现“素顏”地球最真实颜色的照片。

台湾东森新闻网12月24日援引英国《每日邮报》报道称,气象卫星向日葵8号在10月7日升空,近日在距离地球35790公里处拍下影像,超高解析度细腻呈现了云朵、海洋、沙漠等细节,更是第一张未经任何颜色修饰前,地球最原始样貌的照片。

过去民众印象中,水蓝色的地球其实是美国太空总署利用色彩校正处理过的照片,和向日葵8号拍下的灰色地球有很大的不同。不过,这张所谓“真实色彩”照片,指的并不是人类肉眼观看的影像,而是呈现地球在太空中的真实样貌。

对地球“外貌”有兴趣的民众,都能到日本气象厅官网,免费下载最大尺寸11000 × 11000分辨率的照片珍藏。

图2 日本气象卫星拍摄的地球照片

有网友看到这则新闻,就开始上纲上线,说什么“日本人给我们上了一课”、“我们被骗了很久”、“雾霾”、“皇帝的新衣”、“暗黑星球”、“地球需要买一台美颜相机”之类的。

我对这颗气象卫星不是特别了解,仅从这则新闻中提供的高度35790公里来看,是一颗同步气象卫星,也就是说它环绕地球的公转周期与地球的自转周期相等,因此它可以不断地向地面输送地球表面一个地区照片。中国的风云2号也是这样的卫星。顺便说一下,用于气象观测的卫星还有极轨卫星,一般在离地面720至800公里的轨道上运行,它们的轨道通过地球的南北极,而且它们的轨道是与太阳同步的,也就是说,它们每天两次飞越地球表面上的一个点,而且总是在同一个钟点。当然,与地球同步卫星相比,极轨卫星无法对一个地区进行连续的实时观测。

站得高,看得远。在同步卫星轨道拍摄一张地球的照片,理论上应该是没有问题的。但问题出在“未经任何颜色修饰的地球照片,是否代表了“地球最原始样貌的照片”?答案是否定的。

让我们先来学习一个知识。瑞利散射,由英国物理学家瑞利的名字命名。指半径比光或其他电磁辐射的波长小很多的微小颗粒对入射光束的散射,散射系数与波长的4次方成反比。空气分子的半径远小于可见光的波长,因此在白天,当太阳光经过大气层时,会与空气分子发生瑞利散射,因为蓝光的波长比较短,瑞利散射比较激烈,被散射的蓝光布满了整个天空,从而使天空呈现蓝色。大气中的瑞利散射对可见光影响较大,而对红外的影响很小,对微波基本没有多大影响。

由于遥感卫星大多在地球大气层之外,大气中对光线照成的散射,必然会使得进入遥感器的光线有损失,使暗色物体表现得比它自身要亮,使亮物体表现得比它自身要暗,总体效果是降低了遥感影像的对比度和清晰度。其中,可见光中波长较短的光,比如蓝光和紫光表现得尤为明显,一方面被大气散射得太多,进入遥感器的能量不足,另一方面大气散射的颜色又降低了目标地物的反差。即使有专门蓝色波段的遥感器,其蓝色光的能量也是非常不足的,因此在遥感照片中常用红外波段来弥补这个不足,构成三色图像,就是我们常见的那种显示森林为红色的图像。

但是,在这则新闻中,其图像似乎是要还原地球的本来颜色,那么就是用可见光波段合成,但对于蓝色光不足的照片,显然就像电脑RGB投影机中B针脚接触不良的投影效果,整体上表现出灰暗的色彩,大致与这张地球照片类似。

因此,对遥感照片,不进行后期处理,那根本就不是地球最原始样貌的照片,而是遮挡了部分颜色光线的照片。为了还原其本来的面貌,就必须对有些颜色进行增强处理而还原,得到如图3所示的照片,这才是地球真实的素颜照,仍然是美丽的蓝色星球,不用怀疑。

图3 地球的素颜照就应该这么美丽

 

【申明】本文已授权转载给果壳网(http://www.guokr.com/article/439719/

【未授权发表申明】该文的主要内容被修改后发表在中国气象报/2015年/1月/15日/第003版,题目为:地球“素颜”并非灰色。但该文发表并未得到我的授权,特此说明!(如果记者或编辑曾联系过我,是我忘记了,请提示一下我们交流的邮件时间,或者提供一个快照,谢谢!)



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