Введение
Спутниковое устройство, предназначенное для обнаружения воды на Земле Цветовой сканер прибрежной зоны (CZCS) был многоканальным сканирующим радиометром на борту спутника Nimbus 7, предназначенным преимущественно для дистанционного зондирования воды. Nimbus 7 был запущен 24 октября 1978 года, а CZCS начал работу 2 ноября 1978 года. Он был разработан только для работы в течение одного года (в качестве доказательства концепции), но фактически оставался в эксплуатации до 22 июня 1986 года. Его эксплуатация на борту Nimbus 7 была ограничена чередующимися днями, поскольку он делился энергией с пассивным многоканальным микроволновым радиометром с микроволновым сканированием. CZCS измерил отраженную солнечную энергию в шести каналах с разрешением 800 метров. Эти измерения использовались для картирования концентрации хлорофилла в воде, распределения осадков, солености и температуры прибрежных вод и океанских течений. CZCS заложила основу для последующих спутниковых датчиков цвета океана и стала краеугольным камнем для международных усилий по пониманию роли океана в углеродном цикле.
The coastal zone color scanner (CZCS) was a multi channel scanning radiometer aboard the Nimbus 7 satellite, predominately designed for water remote sensing. Nimbus 7 was launched 24 October 1978, and CZCS became operational on 2 November 1978. It was only designed to operate for one year (as a proof of concept), but in fact remained in service until 22 June 1986. Its operation on board the Nimbus 7 was limited to alternate days as it shared its power with the passive microwave scanning multichannel microwave radiometer. CZCS measured reflected solar energy in six channels, at a resolution of 800 meters. These measurements were used to map chlorophyll concentration in water, sediment distribution, salinity, and the temperature of coastal waters and ocean currents. CZCS lay the foundations for subsequent satellite ocean color sensors, and formed a cornerstone for international efforts to understand the ocean's role in the carbon cycle.
Цвет океана
Самым значительным продуктом CZCS была его коллекция так называемых цветных изображений океана. "Цвет" океана на изображениях CZCS происходит от веществ в воде, особенно фитопланктона (микроскопических, свободно плавающих фотосинтезирующих организмов), а также неорганических частиц. Поскольку данные о цвете океана связаны с наличием фитопланктона и частиц, их можно использовать для расчета концентрации материала в поверхностных водах и уровня биологической активности; по мере увеличения концентрации фитопланктона цвет океана смещается с синего на зеленый (обратите внимание, что большинство изображений CZCS имеют ложный цвет, поэтому высокий уровень фитопланктона выглядит красным или оранжевым). Спутниковые наблюдения за цветом океана дают глобальную картину жизни в мировых океанах, потому что фитопланктон является основой для подавляющего большинства океанских пищевых цепей. Записывая изображения в течение многих лет, ученые также получили лучшее понимание того, как биомасса фитопланктона меняется с течением времени; например, можно наблюдать красные приливные цветы, когда они растут. Измерения цвета океана также представляют интерес, потому что фитопланктон удаляет углекислый газ из морской воды во время фотосинтеза и таким образом образует важную часть глобального углеродного цикла. Необработанные данные с сканера передавались со средней скоростью 800 кбит/с на наземную станцию, где они хранились на магнитной ленте. Затем записи были отправлены в отдел обработки изображений в Центре космических полетов Годдарда. Обработанные данные были архивированы в Годдарде и доступны ученым по всему миру. Данные первоначально хранились на 38 000 магнитных лентах с девятью дорожками, а затем были перенесены на оптический диск. Архив был одним из первых примеров системы, которая обеспечивала визуальный предварительный просмотр ("просмотр") изображений, что помогало упорядочивать данные. Это стало моделью, которой позже последовали распределенные активные архивные центры системы наблюдения за Землей. CZWS был первым спутниковым датчиком цвета океана, и после того, как он прекратил наблюдение в 1986 году, в записях был 10-летний разрыв, пока Япония не запустила сканер цветной температуры океана (OCTS) в 1996 году, а Соединенные Штаты запустили датчик широкого поля зрения для наблюдения за морем (SeaWiFS) в 1997 году. Текущие инструменты, которые предоставляют данные о цвете океана, включают Aqua MODIS, Copernicus Sentinel 3 Ocean and Land Color Instrument (OLCI) и Видимый инфракрасный изобразительный радиометр NOAA (VIIRS) на борту спутников Совместной полярной спутниковой системы (JPSS).
Технические детали
Инструмент CZCS был изготовлен компанией Ball Aerospace & Technologies Corp. Отраженная солнечная энергия измерялась в шести каналах, чтобы ощутить цвет, вызванный поглощением из-за хлорофилла, осадков и цветных растворенных органических веществ в прибрежных водах. CZCS использовал вращающееся плоское зеркало под углом 45 градусов к оптической оси телескопа Cassegrain. Зеркало сканировало 360 градусов, но только 80 градусов данных, сосредоточенных на надире, были собраны для измерений цвета океана. Прибор наблюдал за глубоким космосом и источниками калибровки в течение оставшейся части сканирования. Входящее излучение собиралось телескопом и разделялось на два потока дихроическим расщепителем луча. Один поток передавался на полевую остановку, которая также была входной апертурой небольшого полихромата. Излучение, поступавшее в полихроматизатор, отделялось и изображалось в пяти длинах волн на пяти кремниевых детекторах в фокусной плоскости полихроматизатора. Другой поток направлялся к охлажденному детектору ртутного кадмиевого теллурида в тепловой области (10,512,5 микрометра). Радиационный охладитель использовался для охлаждения теплового детектора. Чтобы избежать солнечного блеска, зеркало сканера наклонялось вокруг оси шага датчика по команде, так что линия обзора датчика перемещалась с увеличением на 2 градуса до 20 градусов относительно надира. Спектральные полосы на 0,443 и 0,670 микрометрах сосредоточены на наиболее интенсивных поглотительных полосах хлорофилла, в то время как полоса на 0,550 микрометрах сосредоточена на "точке хинжа", длине волны минимальной поглощения. Соотношение измеренных энергий в этих каналах было показано в точности параллельно концентрациям хлорофилла на поверхности. Данные сканирующего радиометра были обработаны с помощью алгоритмов, разработанных на основе данных полевых экспериментов, для получения карт поглощения хлорофилла. Температура прибрежных вод и океанских течений была измерена в спектральной полосе, центральная точка которой находилась на расстоянии 11,5 микрометров. Наблюдения были также сделаны в двух других спектральных диапазонах, 0,520 микрометров для корреляции хлорофилла и 0,750 микрометров для поверхностной растительности. Ширина сканирования составила 1556 км с центром на надире, а разрешение наземного сканирования составило 0,825 км на надире.