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从太空能否看见长城

(2005年08月25日 09:51:10)

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  511日,在欧空局的网站上刊登了欧空局Proba 卫星从太空拍到的一张中国长城的照片,顿时引起很多人的兴趣,并在文章中特意说明,中国的航天员杨利伟在经过了21小时的轨道飞行,安全返回地面后,对迎接他的人们说,从太空没有看见长城,这只能说明杨利伟在太空呆的时间太短,仅仅只有21小时,而且有可能在飞船经过长城上空时,他本人正好没有在舷窗边。但时隔8天,519日,欧空局又刊登了一篇更正文章,说Proba卫星拍到的照片不是中国的长城,是发生了照片的判读错误,所谓的长城是流向北京东北部密云水库的一条河流。那么从太空能否看见长城呢?其中又取决于什么样的条件呢?
  
  人眼的分辨能力
  
  一双正常的眼睛,其视距可达到无限远。晚上你能看见距地球38万千米的月亮,甚至远达亿万光年的星星,就是明证。但肉眼的分辨能力是有限的,而且差异非常大。据测试,视力正常的人,其分辨率约为二千分之一至五千分之一。举个例子,你站在北京天安门广场,距离国旗400米外的毛主席纪念堂旁边,如果能看见直径20厘米的旗杆顶部,那你的眼睛分辨率为二千分之一。这样,当你乘坐飞机,在10千米高空俯瞰地面,就能清晰地看见宽度5米以上的铁路、公路以及长城。
  飞船距地面的高度为350千米至400千米,是飞机航线高度的40倍。按照推理,在飞船上是应该可以清楚辨认出宽度大于200米的河流、湖泊、岛屿和城镇等地形、地貌的。据报道,2001911日,美国航天员弗兰克·卡伯特森在地球上空402千米的空间站上,看到了纽约市以及从世贸中心冒出的浓烟。这说明,在太空观察城市并不难,但观察人造建筑物则十分困难。即使庞大如非洲的金字塔,虽然其底边长度接近200米,却只是一个个独立的小点,难以寻觅。那些10多米宽的铁路、桥梁和60多米宽的高速公路,更是一些极其纤细的线条。它们都会被融入大地的背景中,无法辨认。
  
  苏联的航天医学专家曾经对航天员用肉眼对地观测效应做过研究,他们认为,在飞船或空间站上要用肉眼识别点性的物体几乎不可能,但如果是线性的物体则是有可能看见的。比如从高空看大海上的一艘轮船,那是看不见的,但能够看见发动机在船尾“犁”出的长长的浪花。
  
  太阳光照的作用
  
  那么,仅有6米多宽的长城又是怎样吸引航天员的视线呢?在这里,太阳光起了关键的作用。凡是看过航拍照片的人都知道,在照片上寻找电线杆,最有效的方法就是看它投在地上那长长的影子。制图人员将这些影子的端点连成线,就是我们需要测绘的高压线或者通讯线了。众所周知,长城是修筑在巍峨陡峭的山脊线上的,从大小分水岭的一座山峰,连接到另一座山峰。这些山峰与周围相邻的山谷、沟壑之间的高差,一般都在100米至1000米以上。长城处在北纬37度至41度之间,基本呈东西走向。如果太阳光线从偏南方向,与地面呈30度左右的夹角照射过来,8米高城墙的背影,连同山峰的背影,在北边阴面将投下200米至2000米宽的阴影带。到了冬季,阳光从南回归线附近照来,入射角更小,阴影带宽度将会成倍增大。同时,由于阳光的作用,长城顶面和迎光的墙面那些光滑的浅灰色长城砖,还会在阳面山坡与阴影带之间,形成一条银白色的亮线,使反差更加强烈,更易被发现。另外,长城阴影带与山峦的阴影是十分不同的,不易混淆。因为每个独立的山峰的阴影都在峰的外侧,不连贯,不规则;而长城阴影则在峰顶上,是连贯的,延续性很强,所以非常容易辨认。
  
  可以想像一下,航天员此时从太空看见的长城,应该像一条一侧边界十分清晰,另一侧宽度呈有规律变化的墨绿色的飘带,它蜿蜒静卧在浅绿色的群山之中,异常壮观。这是地球上其他任何人造建筑物都无法形成的独一无二的奇特景观。
  
  轨道设计与大气层状态
  
  目前,从太空看地球是指航天员从飞船中或空间站上看地面,它们的轨道高度一般都在400千米左右,属于近地轨道。因为中国人特殊的长城情结,对长城情有独钟。其实,从太空可以看到的人造建筑物非常多,如高速公路、机场,甚至还能看见正在高空飞行的飞机。
  如果要看到长城,飞船必须从其上空飞越。而飞船顺向飞越一段100千米长的长城上空,只有10多秒的时间,真可谓一瞬即逝,如果斜穿,则时间更短。所以轨道的设计是决定性的。再有,长城上空大气层的即时状态也是一个关键因素。任何云、雾、雨、雪、污染物和沙尘暴,都会影响观察的结果,甚至一片茫然,什么也看不清。所以说,要在太空看到长城,确实有较大的偶然性,几乎没有可能。如上所述,下列条件一个也不能少:要有一段适合观察的长城,一个阳光斜照的季节,一片清澈通透的大气层,一个精心设计的航天轨道和观察程序等。这一切,单靠航天员的主观努力并不能完成,更不是在太空随意向地球一瞥就能看见长城的。
  另外,用一些专用设备,如望远镜或照相机进行一些有目的的观测,只要遥感仪器的分辨率足够高,是能够轻而易举地看见长城的。
  事实上,卫星拍到长城的例子屡见不鲜。如美国“快鸟”卫星曾用光学仪器在450千米高空拍下长城照片,城垛和烽火台清晰可见;而10年前美国航宇局曾用微波手段拍到长城图片,不仅能看到地表长城,还可清晰显示地下古长城。



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