Кіріспе

Халықаралық зерттеу мақсатында Жерді бақылайтын американдық спутниктер желісі. Landsat бағдарламасы – Жердің спутниктік суреттерін алу бойынша ең ұзаққа созылған жоба. Бұл NASA және USGS бірлестігімен жүзеге асырылатын бағдарлама. 1972 жылдың 23 шілдесінде Жер ресурстарын зерттеу технологиялық спутнигі ұшырылды, ол 1975 жылы Landsat 1 деп қайта аталды. Ең соңғысы – Landsat 9 спутнигі 2021 жылдың 27 қыркүйегінде ұшырылды. Landsat спутниктеріндегі құралдар миллиондаған суретті түсірді. АҚШ-та және әлемдегі Landsat қабылдау станцияларында сақталатын бұл суреттер ауыл шаруашылығы, картография, геология, орман шаруашылығы, аймақтық жоспарлау, бақылау және білім беру салаларындағы жаһандық өзгерістерді зерттеу және қолдану үшін бірегей ресурс болып табылады. Оларды АҚШ Геологиялық қызметінің (USGS) "EarthExplorer" веб-сайты арқылы қарауға болады. Landsat 7 деректері сегіз спектральды жолақты қамтиды, олардың кеңістіктік ажыратымдылығы әртүрлі; уақыт бойынша ажыратымдылығы 16 күнге тең. Landsat суреттері көбінесе оңай жүктеу үшін жеке көріністерге бөлінеді. Landsat-тың әрбір көрінісінің ұзындығы және ені шамамен 115 мильді (немесе 100 теңіз милі, немесе 185 шақырым) құрайды.

Ғарыштық және спектрлік ажыратылуы

Landsat 1-ден 5-ке дейінгі спутниктер Landsat көп спектрлі сканерін (MSS) алып жүрді. Landsat 4 және 5 спутниктері MSS және Thematic Mapper (TM) құралдарын алып жүрді. Landsat 7 кеңейтілген тематикалық карталау Plus (ETM+) сканерін пайдаланады. Landsat 8 екі құралды пайдаланады: оптикалық жолақтар үшін Операциялық жер бейнелеуші (OLI) және жылу жолақтары үшін Термиялық инфрақызыл сенсор (TIRS). Landsat құралдарының жолақтық белгілері, жолақтық өту жолдары және пиксель өлшемдері:

+Landsat 1–5 Көп спектрлі сканер (MSS)
Landsat 1–3 MSS
Landsat 4–5 MSS
Толқын ұзындығы (микрометр) Ажыратымдылығы (метр)
Жолақ 4 – Жасыл
Жолақ 1 – Жасыл 0.5 – 0.660*
Жолақ 5 – Қызыл
Жолақ 2 – Қызыл 0.6 – 0.760*
Жолақ 6 – Жақын инфрақызыл (NIR)
Жолақ 3 – NIR 0.7 – 0.860*
Жолақ 7 – NIR
Жолақ 4 – NIR 0.8 – 1.160*

* Бастапқы MSS пикселінің өлшемі 79 x 57 метр болды; өндіріс жүйелері қазір деректерді 60 метрге қайта өлшейді.

+Landsat 4–5 Thematic Mapper (TM)
Жолақтар Толқын ұзындығы (микрометр) Ажыратымдылығы (метр)
Жолақ 1 – Көк 0.45 – 0.52 30
Жолақ 2 – Жасыл 0.52 – 0.60 30
Жолақ 3 – Қызыл 0.63 – 0.69 30
Жолақ 4 – NIR 0.76 – 0.90 30
Жолақ 5 – Қысқа толқынды инфрақызыл (SWIR) 1.55 – 1.75 30
Жолақ 6 – Жылу 10.40 – 12.50 120* (30)
Жолақ 7 – SWIR 2 2.08 – 2.35 30

* TM Жолақ 6 120 метрлік ажыратымдылықта алынды, бірақ өнімдер 30 метрлік пикселге қайта үлгіленеді.

+Landsat 7 Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+)
Жолақтар Толқын ұзындығы (микрометр) Ажыратымдылығы (метр)
Жолақ 1 – Көк 0.45 – 0.52 30
Жолақ 2 – Жасыл 0.52 – 0.60 30
Жолақ 3 – Қызыл 0.63 – 0.69 30
Жолақ 4 – NIR 0.77 – 0.90 30
Жолақ 5 – SWIR 1 1.55 – 1.75 30
Жолақ 6 – Жылу 10.40 – 12.50 60* (30)
Жолақ 7 – SWIR 2 2.09 – 2.35 30
Жолақ 8 – Панхроматикалық 0.52 – 0.90 15

* ETM+ Жолақ 6 60 метрлік ажыратымдылықта алынады, бірақ өнімдер 30 метрлік пикселге қайта үлгіленеді.

+Landsat 8 Операциялық жер бейнелеуші (OLI) және Термиялық инфрақызыл сенсор (TIRS)
Жолақтар Толқын ұзындығы (микрометр) Ажыратымдылығы (метр)
Жолақ 1 Ultra Blue (coastal/aerosol) 0.435 – 0.451 30
Жолақ 2 Blue 0.452 – 0.512 30
Жолақ 3 Green 0.533 – 0.590 30
Жолақ 4 Red 0.636 – 0.673 30
Жолақ 5 NIR 0.851 – 0.879 30
Жолақ 6 SWIR 1 1.566 – 1.651 30
Жолақ 7 SWIR 2 2.107 – 2.294 30
Жолақ 8 Panchromatic 0.503 – 0.676 15
Жолақ 9 Cirrus 1.363 – 1.384 30
Жолақ 10 Thermal 1 10.60 – 11.19 100* (30)
Жолақ 11 Thermal 2 11.50 – 12.51 100* (30)

* TIRS жолақтары 100 метрлік ажыратымдылықта алынады, бірақ жеткізілген дерек өнімінде 30 метрге қайта үлгіленеді.

Landsat бейнелерінің және жалпы қашықтан зондтаудың артықшылығы – бұл жер бетіндегі өлшеулермен қайталауға болмайтын синоптикалық жаһандық деңгейдегі деректерді қамтамасыз ету. Алайда, өлшеулердің жергілікті егжей-тегжейі (радиометриялық ажыратымдылығы, спектрлік жолақтар саны) мен өлшенетін ауданның кеңістіктік масштабы арасында компромистік шарттар бар. Landsat кескіндері басқа қашықтан зондтау әдістерін, мысалы ұшақтардан алынған суреттерді пайдаланумен салыстырғанда кеңістіктік ажыратымдылығы бойынша өрескел. Басқа спутниктерге қарағанда Landsat-тың кеңістіктік ажыратымдылығы жоғары, бірақ қайта келу жиілігі салыстырмалы түрде төмен.

Көп спектрлі сканер (MSS)

Ландсат бағдарламасы бірінші миссиясынан бастап бесінші миссияға дейін көп спектрлі сканерді (MSS) қамтыды. MSS АҚШ-қа спутниктік суреттерде артықшылық берді, бұл Ландсатты француз SPOT спутнигінен бұрын ұшыруға мүмкіндік берді. MSS дизайны ерекше болды. Қозғалмайтын камераның орнына, ол жылжымалы айнаны қолданып, Жердің суреттерін төрт түрлі спектрлік жолақта түсірді. Бұл мүмкіндік MSS-ке Жерден шағылысқан күн сәулесінің өзгерістерін тіркеуге мүмкіндік берді. Атап айтқанда, Landsat 3-тің MSS-і одан әрі жетілдірілді, оған жылу сәулесін анықтау қабілеті қосылды. MSS-тің маңызды ерекшеліктерінің бірі – оның тұрақты суретке түсіруі болды. Әрбір түсірілген кадр Жер бетінде шамамен 83 метр ұзындығы және 68 метр ені бар аймақты бейнелейтін. Бұдан өзге, жүйе Жер бетіндегі 185 км-ге тең ені бар аймақты үздірісіз суретке алу үшін жасалған. MSS дизайны да дәлдікке баса назар аударды; айнаның қозғалысын дәл уақытпен реттеу арқылы, келесі суреттердің бір-бірімен жабыспауы қамтамасыз етілді.

Орман шаруашылығы

Экологиялық зерттеуде 16 орторектификацияланған Landsat суреті қолданылып, Мозамбиктің мангроу орманды аймағының картасы жасалды. Басты мақсат – осы аймақтағы мангроу жамылғысын және жер үсті биомассасын өлшеу болды, бұл көрсеткіштерге дейін тек бағалаумен ғана мүмкін болатын. Жамылғы 93% дәлдікпен 2909 шаршы километр (бұрынғы бағалаулардан 27% төмен) екені анықталды. Сонымен қатар, зерттеу геологиялық жағдайдың биомасса таралуына ендік градустан гөрі күштірек әсер ететінін растады. Мангроу аймағы 16° ендікке тараған, бірақ оның биомасса көлемі географиялық жағдайларға байланысты күштірек өзгереді.

Арал теңізінің суғаруы

Арал теңізінің тарылуы "планетадағы ең ауыр экологиялық апаттардың бірі" деп сипатталды. Landsat суреті судың қаншалықты азайғанын және жағалаудың өзгергенін анықтау үшін деректер ретінде қолданылды. Жерсеріктен алынған көріністер адамдарға сөздерге қарағанда күшті әсер етеді, бұл Landsat суреттерінің және жалпы жерсеріктік суреттердің маңыздылығын көрсетеді.

Йеллоустоун ұлттық саябағындағы өрттер

1988 жылғы Йеллоустондағы өрттер ұлттық парктің тарихындағы ең ауыр өрттер болды. Олар 1988 жылдың 14 маусымынан 11 қыркүйегіне дейін жалғасты, осы кезде жаңбыр мен қар өрттің таралуын тоқтатуға көмектесті. Өрттен зардап шеккен аумақ 3213 шаршы километрге бағаланды – бұл парктің 36% құрайды. Аумақты бағалау үшін Landsat суреттері пайдаланылды, сондай-ақ өрттің соншалықты жылдам таралу себептерін анықтауға көмектесті. Тарихи құрғақшылық және мол молния шағылыстары жаппай өртке жағдай жасаған факторлардың бірі болды, бірақ адамның әрекеттері апатты күшейте түсті. Өртке дейін түсірілген суреттерде, қорғау шаралары қолданылған жерлер мен ағаш өндіру үшін кесілген жерлер арасында айқын айырмашылық байқалады. Бұл екі түрлі жер өрт стресіне әртүрлі реакция берді, және бұл жаңбырдың мінез-құлқына әсер еткен маңызды фактор деп саналады. Landsat суреттері және жалпы спутниктік суреттер өрт ғылымын түсінуге үлкен үлес қосты; өрт қаупі, орман өрттерінің мінез-құлқы және орман өрттерінің белгілі бір аймақтарға тигізетін әсері. Бұл әртүрлі ерекшеліктер мен өсімдіктердің отты қалай қозғайтынын, температураны қалай өзгертетінін және таралу жылдамдығына қалай әсер ететінін түсінуге көмектесті.

Мұздықтар кетіп жатыр

Landsat миссияларының сериялық сипаты және ең ұзаққа созылған спутниктік бағдарлама болуы оған Жер туралы мәліметтерді алуға ерекше мүмкіндік береді. Мұздықтардың ірі көлемде қысқаруы бұрынғы Landsat миссияларының деректерінен бастап ізге салынуы мүмкін, ал осы ақпарат климаттық өзгерістер туралы білімді дамыту үшін қолданылуы мүмкін. Мысалы, Колумбия мұздығының қысқаруын 1986 жылғы Landsat 4 спутнигінен алынған жалған түсті суреттерде байқауға болады.

Қалалық даму

Ландсат суреттері дамудың уақыт өте келе түсірілген суреттер тізбегін ұсынады. Адамның дамуы, ерекше айтқанда, қаланың уақыт бойынша кеңею өлшемдері арқылы бағалануы мүмкін. Халық санының шамалауы мен энергия тұтынудан өзге, Ландсат суреттері қалалық дамудың типі туралы мәлімет береді және көрінетін өзгерістер арқылы әлеуметтік және саяси өзгерістердің түрлі жақтарын зерттеуге мүмкіндік туғызады. Мысалы, Пекин қаласында 1970 жылғы экономикалық реформадан кейін 1980-ші жылдары сақина тәрізді жолдардың бірнешесі салына бастады, сондай-ақ осы кезеңдерде даму және құрылыс қарқыны күрт үдеді.

Соңғы және болашақ Landsat спутниктері

Landsat 8 спутнигі 2013 жылдың 11 ақпанында ұшырылды. Ол Vandenberg әуе базасынан Atlas V 401 ракетасы арқылы Ұшыру қызметтері бағдарламасымен ұшырылды. Ол ауыл шаруашылығы, білім беру, бизнес, ғылым және үкімет салаларында пайдаланылатын құнды деректер мен суреттерді алуды жалғастырады. Жаңа спутникті Orbital Sciences Corporation Аризона штатында құрастырды. Landsat 9 спутнигі 2021 жылдың 27 қыркүйегінде ұшырылды. Конгресс зерттеу қызметінің есебіне сәйкес, 2014 жылғы қаржы жоспарында "қаржы бөлгендер NASA-ны Landsat 9 спутнигінің құны 1 миллиард АҚШ долларына жетеді деген негізсіз күтулері үшін сынап, шығындарды 650 миллион АҚШ долларымен шектеді". АҚШ Сенатының қаржы бөлгіштері NASA-ға 2020 жылдан кешіктірмей ұшыруды жоспарлауға кеңес берді. Сондай-ақ, 2019 жылы ұшырылатын төмен құнды термиялық инфрақызыл (TIR) жеке спутнигін жасауға қаржы бөлу ұсынылды, бұл Landsat 8 спутнигімен бірге ұшу арқылы деректердің үздірілімін қамтамасыз етуге бағытталған. Landsat NeXt спутнигінің 2029 жылы ұшырылуы жоспарлануда. NeXt 25 спектральды жолақты өлшейтін болады; ал қазіргі Landsat 8 және 9 спутниктері тек 11 жолақты ғана өлшеуге қабілетті.