Ambitny program NASA-USGS obserwacji Ziemi z kosmosu kończy 50 lat

Artystyczna koncepcja statku kosmicznego Landsat 9, dziewiątego satelity wystrzelonego w ramach programu dalekiego zasięgu Landsat nad zachodnimi Stanami Zjednoczonymi. Źródło: NASA Goddard Space Flight Center/Conceptual Image Lab

W ciepły lipcowy dzień 1972 roku[{” attribute=””>NASA launched the Earth Resources Technology Satellite, a new Earth-imaging satellite. “ERTS” was the first satellite of what later became NASA and the U.S. Geological Survey’s Landsat Program, an ambitious effort with a goal of documenting the entirety of Earth from space. The first Landsat was so successful it sparked a series of satellites that have created the longest contiguous record of Earth’s surface from a space-eye view. In fact, it continues growing to this day, 50 years later.

“The early Landsats revolutionized the way we observed the Earth from space,” said Jim Irons, director emeritus of the Earth Sciences Division at NASA’s Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland.

Since it started, Landsat has amassed over 10 million images. These images, also called scenes, show current snapshots of land and coasts. However, when paired with images of years past, they also reveal changes through time. This includes glaciers slowly disappearing and urban spaces sprawling across the landscape.

These scenes and time series have a wide range of useful applications around the globe: Ecologists use them to determine the extent of deforestation; hydrologists use them to track how rivers change; farmers and agricultural organizations use them to analyze crop health.

Las Vegas is one of the fastest-growing metro areas in the United States. Lake Mead, on the right, decreases as the city expands in these Landsat images from 1972 (top) and 2022 (bottom). Credit: Data Available from the U.S. Geological Survey

During Landsat’s five decades, eight different Landsat satellites have orbited the planet. Currently, three continue to collect global observations from space: Landsats 7, 8, and 9. (Landsat 6 was lost shortly after launch.) Landsat 9, the newest of the bunch, entered orbit in the fall of 2021. While Landsat 9 shares similarities with its predecessors, the Landsat satellite design has evolved immensely since the program started.

Early Days

The first two Landsats were able to see in four spectral bands, or wavelengths of light: visible light in red and green, and two near-infrared bands. While the near-infrared allowed the satellites to distinguish vegetation from other land cover and assess plant health, the visible wavelengths differentiated bright surfaces, like snow, deserts, and clouds, from dark surfaces like water. Each scene encompassed a roughly square area of around 115 miles to a side.

Virginia T. Norwood, znana jako osoba, która potrafi rozwiązać niemożliwe problemy, odegrała kluczową rolę w opracowaniu pierwszego kosmicznego wielospektralnego instrumentu skanującego, który latał na satelicie Landsat 1 i sprawił, że misja zakończyła się sukcesem. Współpracując z NASA, US Geological Survey, badaczami uniwersyteckimi i jej zespołem w Hughes, Norwood z powodzeniem wykorzystała przełomową technologię, która umożliwiła regularne uzyskiwanie cyfrowych obrazów Ziemi z kosmosu. Źródło: Centrum Lotów Kosmicznych Goddarda NASA

Dane przesłane z powrotem na Ziemię z pierwszego Landsata były rejestrowane na taśmach magnetycznych, tej samej podstawowej technologii, co kasety muzyczne, ale znacznie większych: Ogromne wideo szerokopasmowe Rejestratory, które latały na pierwszych trzech pojazdach Landsat, każdy miał 1800 stóp taśmy i ważyły ​​76 funtów każdy.

Earth Resources Technology Satellite (ERTS, później przemianowany na Landsat 1) został wystrzelony na pokładzie samolotu Delta 900 z bazy sił powietrznych Vandenberg 23 lipca 1972 r. Źródło: zdjęcie NASA wykonane przez zespół naukowy Landsat

Na podstawie tych danych naukowcy tworzą i drukują fotografie. Obrazy te dały przegląd przestrzeni dla danego obszaru, ale prawdziwa moc danych pojawiła się po tym, jak algorytmy komputerowe pomogły naukowcom i menedżerom zasobów skuteczniej określić, które klasy pokrycia terenu reprezentują. Drukarki rozrzucają na papierze mapy z kombinacjami liter, cyfr i symboli, przy czym każda litera reprezentuje kategorię pokrycia terenu, taką jak lasy lub grunty rolne.

„Dostaniesz kolorowe kredki lub magiczne kredki i pokolorujesz różne postacie, każda w innym kolorze” – powiedział Irons. „To dałoby ci wczesną wersję oznaczonej kolorami mapy pokrycia terenu”.

Na początku programu Goddard był domem NASA Landsat. Irons był zastępcą naukowca projektu Landsat 7 i naukowcem projektu Landsat 8, pomagając w dalszym kształtowaniu programu i odgrywając kluczową rolę w rozwoju satelitów. W ciągu 43 lat pracy z Landsatem obserwował, jak satelity wyrastają na to, czym są dzisiaj.

Irons powiedział, że dane Landsata z lat 80. i 90. miały kluczowe znaczenie dla wielu projektów, takich jak zrozumienie zakresu utraty drzew w lasach deszczowych. Podobnie Chris Neigh, naukowiec projektu Landsat 9 w Goddard, wykorzystuje serię czasową, aby obserwować powolne wkraczanie lasów borealnych na północ, gdy drzewa stopniowo przesuwają się w kierunku bieguna w odpowiedzi na globalne ocieplenie. Nye dodał, że długie wskaźniki danych Landsata są niezbędne dla tego typu badań: istnieje niewiele innych rekordów, do których można by się odnieść, a żaden z nich nie jest wyczerpujący.

Pierwsza dekada XXI wieku: bezpłatny dostęp do archiwum Landsatu

Po nieudanym starcie Landsata 6, Landsat 7 wystartował z powodzeniem w 1999 roku, wyposażony w ulepszony instrument. NASA debatowała przez siedem lat między wystrzeleniem satelitów Landsat 7 i Landsat 8, próbując ustalić, jak kontynuować program przed rozpoczęciem kolejnego siedmioletniego procesu budowy i wystrzelenia kolejnego satelity.

Pierwsze w pełni funkcjonalne zdjęcie z satelity Landsat zostało wykonane 25 lipca 1972 r. w Dallas w Teksasie, upamiętniając początek 40-lecia, kiedy pierwszy satelita był znany jako satelita Earth Resources Technology Satellite (ERTS). Źródło: Obserwatorium Ziemi NASA

W tym czasie zarządzanie obrazami od komercyjnych dostawców powróciło do USGS, dzięki czemu całe archiwum Landsat stało się swobodnie dostępne w 2008 roku. Liczba próśb o zdjęcia gwałtownie wzrosła. Pobieranie Landsat przez cały czas Zdobył 100 milionów widzów w 2020 rokuA liczba wciąż rośnie.

W miarę jak Landsat wciąż się zmienia, tak samo zmieniają się ludzie i projekty, które z niego korzystają: USDA polega na Landsat, aby pokierować rolnikami w praktykach nawadniania i gospodarowania gruntami; Klimatolodzy obserwują cofanie się lodowców wraz ze wzrostem temperatury; Na dotkniętym suszą zachodzie zarządcy wód monitorują stan zbiorników.

Następna przygoda Landsata

Wraz z rosnącą społecznością użytkowników danych naukowcy i inżynierowie już nie mogą się doczekać kolejnego zadania. NASA i USGS opracowują opcje dla następnej iteracji Landsata, obecnie nazywanej Landsat Next.

Irons powiedział, że oczy Landsata w kosmosie dały nowe możliwości zrozumienia naszej zmieniającej się planety, ale czasami zapomina się o zwykłym strachu przed zobaczeniem Ziemi.

„Nie wszyscy możemy być astronautami” – powiedział Irons. „Ale jeśli spojrzymy na obrazy Landsat, możemy zrozumieć, jak wyglądałaby Ziemia, gdybyśmy krążyli wokół Ziemi w kosmosie”.