Научные эксперименты. За ответами в космос - Александр Яровитчук

станциях. Есть похожие методы исследования и другие индексы, которые лучше себя проявляют и более удобны в той или иной ситуации. Сейчас их совершенствование происходит на основе материалов, собранных на МКС в эксперименте «Фон». Анализируются излучения в видимом и инфракрасном диапазонах в самых разных условиях: при наличии облаков, в разные времена года, при наличии пыли или дыма в атмосфере и т. д.

Другой параллельный предыдущему эксперимент – МКС-РСА(Р), название которого расшифровывается как радиолокатор с синтезированной апертурой в P-диапазоне. В исследовании использовались радиоволны, которые могут проходить сквозь облака и слой подстилающей поверхности. При этом электромагнитная волна будет поляризоваться, то есть будет происходить движение радиоволны с одним направлением колебаний. По свойствам отражения можно узнать о состоянии почвы под снегом и льдом, под опавшей листвой, также можно оценивать структуру под слоем почвы на глубине до десятков сантиметров, например загрязнения грунтовых вод. Правда, в этом методе трудность вызывают искажения в ионосфере. Для увеличения точности и расширения возможностей космонавты и проводят эксперименты.

В том же ряду возможностей, но несколько отдельно стоят эксперименты по изучению леса. На кадрах из космоса изображения разных типов деревьев более контрастные. Даже глаз космонавта может легко уловить видимые отличия. Уже на кадрах с того же «Союза‐22» были видны особенности процесса вырубки и лесозаготовки, а также особенности лесовосстановления. Например, на склонах гор и холмов с крутизной больше 15° сплошные рубки запрещены для сохранения природного ресурса. В ходе эксперимента «Радуга» было замечено, что в бассейнах рек Голустная и Бугульдейка в одном случае технологические нормы заготовки соблюдены, а в другом есть нарушения. С орбиты можно было определить размер лесосек, ориентировку относительно склонов и оценить последствия для природы и работы по ее скорейшему восстановлению. Так, с орбиты явно было видно, что на месте темнохвойных лесов после вырубки появляются лиственные. Березы растут быстрее, чем сосны, и успевают их вытеснить.

Показательным был случай с исследованием мангровых лесов и джунглей Амазонии. В 1990–2000‐х годах незаконная вырубка в регионе стала колоссальной проблемой и могла привести к серьезным экологическим катастрофам. Бразильские власти приняли необходимые ограничительные законы и по данным со спутников определили подходящие участки для добычи древесины. При этом космические аппараты следят и за выполнением распоряжений. Только с орбиты возможно покрыть все пространство огромного леса Амазонии.

В наше время отслеживание лесов в России является приоритетной задачей. Существует несколько развивающихся проектов мониторинга со спутников «Ресурс» и с борта МКС в рамках эксперимента «Дубрава». Целью исследования ставится не только отслеживание антропогенного воздействия, но и обнаружение очагов заболеваний и появления пожароопасных регионов с большими группами засохших деревьев.

Вместе с растительностью определяются и особенности почвы. Тип грунта тоже можно узнать похожим образом, правда, будет наоборот, нежели с растительностью. Поверхность Земли лучше поглощает тепловое инфракрасное излучение, чем видимое. Причем разные типы грунта это делают по-разному. Зная особенности поглощения и отражения разных типов почвы, можно понять, чернозем под космическим аппаратом, глина, песок или известняк.

Для нужд сельского хозяйства важно отслеживать соленость, содержание гумуса и наличие грунтовых вод или заболоченность. Оценка помогает контролировать севооборот, планировать распределение пахотных земель, следить за экологией. В горных районах и возле мест с богатой геологической историей космонавты Павел Попович и Юрий Артюхин с борта станции «Салют‐3» получили кадры с высоким разрешением, на которых удалось рассмотреть не только разные типы почв, но и большое разнообразие регионов с разными оттенками. Причем они совпадали с местами с геологическими признаками наличия природных ресурсов. Многие породы вытесняются на поверхность либо откладываются в течение длительного времени. Оказалось, что легче всего найти меловые отложения. Они образуются из растворенного кальция из костей и роговой оболочки животных. В сухом климате мел оседает из раствора. Его очень много, и из него даже образуются целые скалы на месте, где ранее были моря. Гранит же образуется в зонах столкновениях литосферных плит из истекающей и затвердевшей магмы. Его находят там, где есть горные гряды. Так, при исследовании снимков «Союза‐22» много гранита нашли в области между Памиром и Тянь-Шанем, как раз на стыке так называемых Евразийской и Индостано-Памирской тектонических плит. Кроме этого, с орбиты можно легко найти по цвету хром, марганец, фосфор и минералы, содержащие эти химические элементы. С другими веществами дело обстоит чуть сложнее.

У каждого химического элемента есть собственные характеристики поглощения и отражения света. Они называются спектральными характеристиками. Иногда их сложно определить в оптическом диапазоне, но с применением приборов разных диапазонов можно обнаружить множество самых разных минералов. С орбиты с помощью многоспектральных снимков регионов можно увидеть многообразие веществ и их соединений в регионе.

Так же, как и в случае с океаническими исследованиями, по разливу нефти можно искать и этот ценный ресурс на земле. Легкие фракции будут вытесняться и просачиваться сквозь верхнюю породу. Крупные залежи «черного золота» также привязаны к геологической структуре коры, мелкие бассейны могут располагаться в геологических ловушках. В таком случае можно искать породы с газовыми включениями. Так были обнаружены крупные запасы нефти и газа на северном склоне Аляски.

Где один минерал – там и другой. Многие полезные ископаемые образуются похожими способами. Взаимодействию минералов друг с другом посвящена наука петрофизика. Например, радиоактивные элементы всегда сопровождают минералы, содержащие гелий. Уран, стронций, плутоний, полоний и т. д. нестабильны и со временем распадаются. При делении ядра выделяются альфа-частицы, а это, по сути, гелий – легкий газ, который будет подниматься на поверхность.

Для редких веществ или полезных ископаемых глубокого залегания и этот метод не подойдет, хотя по косвенным признакам геологи могут предположить наличие залежей, а уже на месте определить размер запасов в недрах.

Такими маркерами могут служить особые структуры поверхности. Крупные складки и разломы рельефа, поперечные сбросы земной коры могут образоваться из-за разницы плотностей грунта и минеральной породы, а также в ходе геологических процессов, которые приводят к формированию минералов. Так, например, в районе Южного Урала был замечен участок с повышенной трещиноватостью, которой могут сопутствовать рудные месторождения. И это предположение оказалось верным.

Данные о геодезических структурах несут и информацию о потенциально опасных районах. Место строительства электростанций и трубопроводов выбирается так, чтобы риск землетрясений, обвалов или любых деформаций был минимален. Это особенно заинтересовало Японию, так как там сейсмически активная зона, при этом страна нуждается в атомных источниках энергии.

Часто бывает так, что по визуальным наблюдениям определить наличие возвышенностей и низменностей достаточно сложно. Для получения точных данных используются радиолокация, радиодальномеры и радиовысотомеры. Специальные приборы считают, сколько фаз колебаний электромагнитной волны проходит