自1957年苏联成功发射人类历史上第一颗人造卫星「史普特尼克1号」以来,卫星革命的浪潮席卷全球,开启了人类探索宇宙以及地球的新视角。这股革命不仅改变了我们对地球的认识,还重新定义了测量技术、全球通信、气象预报、环境监控等多个领域的发展。
卫星测量技术的诞生,改变了我们如何看待地球的形状、尺寸及其引力场。
卫星测地学,意即透过人工卫星进行地球测量,包括确定地球的形状、尺寸、地表物体的位置以及地球引力场的变化。卫星测地学的主要目标是确定地球的引力场和地球上物体的精确位置。在57年以前的传统地测技术所做的努力,现在透露出更复杂和精确的数据。在探索地球的过程中,卫星技术相较于传统技术具有更高的效率以及精度,这使得全球科学界在多个领域取得了重大突破。
卫星测地学的历史可以分为三个重要的阶段:早期步骤(1957年至1970年)、世界测地系统的形成(1970年至1990年)及现代时期(1990年至今)。
「史普特尼克1号」的成功发射,随即引发了一系列的科学观测活动。 1958年,美国的「探险者1号」和「史普特尼克2号」对地球的扁平度进行了准确的测量。随后,在1960年代,随着多颗探索卫星的发射,卫星测地学技术逐渐成熟,为后续的测地任务奠定了基础。
随着1970年代「过境卫星系统」的广泛使用,全球的三角测量网络得以建立,这标志着世界测地系统(WGS)的成立。在这个阶段,美国发展的全球定位系统(GPS)于1980年代问世,成为精确导航和定位的标准工具,并深刻影响了勘测、交通等多个领域。
进入1990年代,科学界开始专注于构建永久性的测地网络和坐标系统。随着CHAMP、GRACE和GOCE等专用卫星的发射,卫星测地学也逐渐用于监测地球的引力场、地旋转及极运动等地球动力学现象。这些进展不仅丰富了地球科学的知识体系,还助力于更为精确的环境变化分析。
卫星测地学的技术分类多样,主要根据所用的仪器平台可分为地对空方法、空对地方法和空对空方法。每一种方法都有其独特的应用场景和测量准确性。
全球导航卫星系统(GNSS)能够在几米之内精确定位接收器,而诸如激光测距和雷达高程测量技术则能达到毫米级精度。
例如,激光测距是一种有效的技术,透过测量激光脉冲的往返时间获取精确的距离数据,这在现代的空间科学研究中至关重要。相较之下,雷达高程测量则利用卫星发射的微波信号来确定地球表面的高度,进一步推进了海洋模型及气候研究的精确性。
卫星革命自1957年起,彻底改变了我们对地球的视角。当今,其技术不仅具有科学发现的重要性,还在实际生活中发挥着无法替代的作用。可以预见,随着科技的持续进步,我们对宇宙及地球的探究将更上一层楼。我们应该如何继续利用这些科技来改善我们对环境的理解与保护呢?