Определение жизнеспособных мест поселений с орбиты

Я попытаюсь ответить на все три ваших вопроса (это длинный ответ ~ 2500 слов, так что будьте готовы). И колония, и аварийный сценарий.

(1) Общий обзор методов дистанционного зондирования (2) Вы нашли свою планету Z, что теперь! Как найти подходящее место для поселения с учетом вариантов биомассы и добычи с орбиты? (Я предполагаю, что вы имеете в виду добычу полезных ископаемых, поскольку вы упомянули поиск металлов и металлических руд).

ДИСТАНЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ. Это реально существующая вещь. Вот очень простой обзор самых основ.

Одна из многих возможных ссылок

Мы измеряем нашу планету с орбиты примерно с 1970-х годов. У нас около 50 лет опыта, и у нас до сих пор много проблем с этим. Оборудование дорогое, и как только вы поднимаете его наверх, оно, скорее всего, устарело. В конечном итоге нам приходится полагаться на устаревшие технологии, которые нуждаются в постоянном ремонте и, если у нас получится, в замене. Добавьте к этому, что атмосфера продолжает отражать, рассеивать и поглощать большую часть сигналов наших спутников, что затрудняет фокусировку на «меньшей» площади поверхности планеты.

Приложения дистанционного зондирования используют взаимодействие атмосферных и земных систем (в вашем случае системы planetZ) с электромагнитным (ЭМ) спектром . Наши спутники измеряют электромагнитные отклики в микроволновом, инфракрасном, видимом и ультрафиолетовом спектрах. Например, снег рассеивает видимый свет, водяной пар поглощает инфракрасное излучение, а град рассеивает микроволновое излучение, и у нас есть эта надоедливая озоновая дыра, пропускающая весь канцерогенный ультрафиолет.

Наши спутники имеют пассивные датчики , которые измеряют электромагнитное излучение солнечного излучения, а у нас есть активные датчики , которые посылают собственный электромагнитный сигнал и измеряют отклик.

Полученные данные также зависят от того, на какой орбите находится ваш спутник . У нас есть много спутников на орбите вокруг экватора, которые отлично подходят для захвата изображений больших территорий с почти постоянной и регулярной скоростью, но поскольку они находятся довольно далеко от планеты, масштаб разрешения довольно велик, и мы не можем видеть намного меньше 1 км. Если ваша спутниковая орбита находится над полюсами, вы получите изображение с гораздо более высоким разрешением, но временной охват невелик. Каждое место будет получать измерения только один раз в день или даже каждые 3-7 дней! Мы используем комбинацию нескольких орбит и датчиков.

Просто некоторые из множества спутников наверху.

Растения используют поступающее излучение для фотосинтеза, а также отражают обратно излучение. Мы используем спутники для измерения длины волны отраженного света от растений в очень узких «окнах» длин волн. В то время как зеленые растения отражают немного иначе, чем другие пигментированные растения, все растения по-разному отражают другие особенности. Эти другие объекты, земля, камни, металлы, песок, свежевспаханная земля, искусственные поверхности, здания, животные отражают свет обратно в космос, а также водоемы, атмосферные химические вещества, аэрозоли и атмосферная влага. Таким образом, ваш сухой зеленый песок пустыни будет иметь другую длину волны отражения, чем ваши «зеленые» растения.

Что это значит? Это означает, что вам сначала нужно пройти через атмосферу и любой облачный покров, прежде чем вы сможете увидеть особенности поверхности. Разный состав атмосферы по-разному поглощает, отражает, рассеивает приходящую и уходящую радиацию. Это одна из (если не единственная) причин, по которой мы можем определить состав атмосферы, далекой от Земли, но нам понадобился вездеход для исследования поверхности Марса. Мы используем отраженный свет от этих планет, который мы получаем от различных спутников, и сравниваем его с известными моделями отражения на Земле и делаем обоснованные предположения.

Также необходимо учитывать временные и сезонные изменения. Влажная почва отражает иначе, чем сухая. Растения в сухой почве отражают свет иначе, чем растения во влажной почве. Растения «дышат» углекислым газом и «испаряют» кислород в разное время дня и ночи, влияя на химический состав близлежащей атмосферы и то, как она рассеивает/поглощает/отражает любой свет. Любые приборы на орбите получат все это. Придется сотрудничать, чтобы удалить шум (нежелательные сигнатуры отражения). Вот почему мы в настоящее время так сильно полагаемся на наземную проверку.

В течение последних 50 лет нам приходилось использовать наземную проверку, чтобы выяснить, что означает каждый сигнал, каково наилучшее «окно» с узкой длиной волны и каково наилучшее временное «окно» для измерения каждого объекта. Для колонизации вашей планеты, наряду с масштабным многоспутниковым проектом, ваше планирование колонизации должно включать большое количество планетарных исследований до прибытия.

Я бы предложил выделить большую часть вашего финансирования планирования на высадку армады вездеходов, до краев оснащенных оборудованием, по всей вашей планете. Вариант с ровером имеет большой потенциал незапланированного отказа. Я думаю, что некоторые пилотируемые миссии на PlanetZ тоже не помешают. Если бы это была чрезвычайная ситуация, как в моем связанном с этим вопросе , у вас не было бы доступных наземных данных для фильтрации шума. Возможно, вы сможете получить это после аварийной посадки/эвакуации своего корабля, но это будет немного поздно, поэтому я больше сосредоточился на более крупных атмосферных и океанических особенностях, которые мои выжившие могут использовать, чтобы понять, что их ждет . и попробуй подготовься.

Я мог бы продолжать и продолжать говорить о дистанционном зондировании, но позвольте мне попытаться сосредоточиться на вашем заглавном вопросе, с некоторым акцентом на ваших внутренних вопросах - только на основе орбиты (без наземной проверки).

Предположим, вы нашли еще одну планету типа Златовласка с водой, растениями и животными (земля не обязательна). Повезло тебе!

Надеюсь, у вас будет более чем достаточно времени/достаточно времени, чтобы определить орбиту вашей планеты, угол наклона, расстояние до солнца/солнц и т. д. Из этого вы сможете определить продолжительность дня для любого конкретного времени. года. Исходя из этого, вы должны быть в состоянии вывести свои основные сезонные характеристики (для простоты я просто использую «земной», но это может быть что угодно…). Сценарий колонизации может предоставить точные карты температуры всей планеты за весь год (это можно измерить по количеству инфракрасного, ближнего инфракрасного (NIR) и теплового инфракрасного (теплового) излучения, которое каждое место отражает вместе с другими датчиками). Аварийный сценарий будет сложнее. Основываясь на текущих показаниях температуры, вы можете определить температуру как на полюсах, так и на экваторе и сделать выводы о возможных температурных диапазонах указанных сезонов и широт.

Из этого начального подробного/базового обзора планетарной системы в сочетании с вашими картами температуры вы получите предпочтительную широту «златовласки» для поиска местоположения вашей колонии/чрезвычайного поселения.

Далее ищите воду . У вас не может быть биомассы без воды (ну, любой известной биомассы. Может быть, ваша PlanetZ разработала целую систему растений и животных, которая получает воду прямо из атмосферы. Странно!).

Если ваша планета представляет собой водный мир, отлично! Обнаружить воду должно быть довольно просто!

Если у вас есть разумное количество земли , и вы не хотите жить в океане, вы должны определить, откуда и куда на самом деле течет вода в вашем мире. У вас есть 3 основные области, на которые стоит обратить внимание. Высокая атмосфера, приповерхностная атмосфера и поверхностные воды. Поверхностная вода будет течь из более высоких горных районов, через ваши средние земли и из низменностей в ваши океаны (с нечетной остановкой в ​​​​озере или леднике). Я не думаю, что вы могли бы рассчитать поток грунтовых вод только с орбиты, но вы могли бы рассчитать его, основываясь на характеристиках поверхности (если есть оазис посреди пустыни, это верный признак грунтовых вод).

Высоко в атмосфере : водяной пар отражает видимый свет в ИК-диапазоне с длиной волны 6,7 мкм. Чем больше водяного пара в верхних слоях атмосферы, тем меньшую поверхность можно увидеть. Но это не так уж и плохо, так как вы можете отслеживать направление движения вашего водяного пара и определять модели циркуляции в верхних слоях атмосферы (ветер также можно измерить с помощью спутникового допплера. Сценарий колонизации — подробные модели верхних слоев атмосферы, например, струйные течения, теплый Гольфстрим, Сценарий чрезвычайной ситуации – моментальный снимок.

Низко у поверхности :

Теперь оценки удельной влажности производятся непосредственно с помощью спутниковых микроволновых датчиков, таких как наблюдения Специального сенсорного микроволнового устройства формирования изображения (SSM/I) Программы оборонных метеорологических спутников (DMSP) и Усовершенствованного устройства микроволнового зондирования NOAA B (AMSU-B).

Сценарий колонизации — вы получаете показания влажности, близкие к поверхности, и, возможно, можете отслеживать низко лежащие облака и потоки ветра. В сочетании с вашими моделями высоких атмосфер вы можете сделать вывод о вашей полной системе атмосферной циркуляции. Аварийный сценарий – моментальный снимок. Выводы сделаны на основе догадок.

Спектро-радиометр с многоугольным изображением (MISR), который был запущен на спутнике НАСА «Терра» в 1999 году, просматривает облака под девятью разными углами и обнаруживает их в трех измерениях. Он сканирует в синем, зеленом, красном и ближнем ИК-диапазонах (0,446, 0,558, 0,672, 0,866 мкм соответственно), имеет пространственное >разрешение 275 м в полосе обзора 360 км и достигает глобального охвата примерно >раз в 9 дней на экваторе.

Если вы можете отслеживать движение облаков в течение длительного времени, целого года или нескольких лет, вы можете определить форму облаков и циркуляцию ветра. Это те грозовые тучи, за которыми вы следите, или просто унылые старые тучи, которые никогда не выпускают дождь? Ячейки Хэдли, Феррела и Поляра формируют эту воздушную конвекцию и проливной ливень? Сценарий колонизации — вы можете отслеживать долгосрочные модели облаков и вычислять, где выпадает большая часть дождя, а также любые сезонные модели, такие как муссоны, а также климатические регионы, которые могут повлиять на вашу биомассу. Сценарий чрезвычайной ситуации – я все еще жду ответов.

Поверхностные воды : у вас есть две интересные особенности: уровень моря , который «одинаков» во всем мире (он даже не близок, но диапазон ~ 20 м довольно мал, учитывая, что вы измеряете всю планету) и поверхностные воды на земельные участки. Схемы приземного ветра над водоемами можно определить путем измерения высоты поверхностных волн с помощью доплеровского, лидарного или радиолокационного. Поверхностные воды во многом зависят от вашего рельефа . Вы можете измерять как уровень моря, так и топографию с помощью различных спутниковых датчиков с использованием лидара, радара и т. д. Получив топографические измерения, вы можете создать подробную/базовую цифровую модель рельефа (ЦМР) .

На вашей ЦМР вы можете определить, какие высоты находятся за пределами допустимых значений. Старайтесь не сажать свою колонию в высокогорье горных хребтов (они, как правило, слегка холодные и содержат меньше кислорода для дыхания) или в затонувших впадинах ниже уровня моря (это, как правило, засушливые, соленые регионы с возможностью сильного наводнения). . Если, конечно, этот регион не обладает какой-то чрезвычайно интересной особенностью и не является причиной, по которой вы пришли на эту планету в первую очередь (например, добыча полезных ископаемых), или у вас не было выбора в этом вопросе, и вы просто рады, что живы.

Поверхностная вода имеет свою собственную спектральную характеристику отражения. Однако имейте в виду, что отложения и органические вещества изменят диапазон сигналов. Например, вы можете увидеть области апвеллинга в океане не только по низкой температуре поверхности моря, но и по сигнатуре отражения хлорофилла в ближнем ИК-диапазоне. Вы будете искать место для поселения, желательно рядом с источником воды, но не подверженное риску затопления. Если существует риск наводнения, было бы неплохо использовать полупредсказуемый календарь событий; как ежегодный разлив Нила в Египте до того, как они построили Асуанскую плотину. Вы можете выяснить, где текут поверхностные воды, взглянув на ЦМР, а затем сосредоточившись на любых вероятных признаках воды. Если он будет особенно подробным, вы сможете увидеть элементы эрозии, такие как V-образные долины (U-образные — это ледники), овраги и т. д. и т. д. Если это базовая ЦМР,

Вот где ваша биомасса вступает в игру.

Какие методы можно использовать для идентификации больших количеств биомассы с орбиты?

Прочтите эту журнальную статью . Он старый, но объясняет измерения отражений растений гораздо более подробно.

В настоящее время мы измеряем это в видимом и ближнем инфракрасном спектрах света. Мы измеряем очень узкие «окна» длин волн и анализируем спектральную характеристику рассматриваемой биомассы — обычно в сочетании с наземными данными и неточными алгоритмами. Эти узкие «окна» удаляют шум от соседних деталей и атмосферы.

У проекта колонизации было бы много времени на планирование, поэтому у вас было бы «достаточно» времени, чтобы выяснить состав атмосферы и отражающие, поглощающие и рассеивающие свойства. Затем вы можете попробовать отфильтровать это и сосредоточиться на земле. В чрезвычайной ситуации не будет времени для панорамирования вперед, поэтому лучше всего смотреть на обзорный экран вашего космического корабля. Там, где видишь зеленый, ныряй, ныряй, ныряй! Вы можете разместить свое оборудование (если у вас есть время), чтобы сосредоточиться на определенной области, которая кажется доступной из космоса. Сосредоточьтесь на окне длины волны «зеленой растительности», а не на окне длины волны «зеленого цвета», чтобы выбрать особенно яркое пятно.

Очевидно, не спускаясь на поверхность планеты, нельзя сказать, насколько полезной будет указанная биомасса, но обычно биомасса растет вблизи воды и на плодородных почвах . Плодородные почвы переносятся рекой (см. источник!) из эродированных гор в низменности (см. топографию!). В земном мире было бы намного больше осадков в экваториальной области и в более высоких широтах в виде снегопадов, чем в средних широтах (см. Атмосферную циркуляцию!). Когда тает снег и лед, вода обычно стекает в средние широты и более низкие высоты (см. DEM!), поскольку сезонное весеннее таяние позволяет сформировать сезонные саванны и болота, такие как дельта Окаванго.

Думаю, вы ищете дельту реки. Именно здесь река откладывает большую часть своих мелких наносов, которые отлично подходят для сельского хозяйства. Много «пресной воды», и в результате она также изобилует животной жизнью, так что вы можете охотиться за мясом… и охотиться как на мясо.

Если вы не хотите риска наводнения в дельте, вы ищете центральную часть страны, которая все еще находится в тропиках. Слегка возвышенная высота, но не высокие горы. Это даст вам либо холмистую местность (все еще подходящую для сельского хозяйства), либо, возможно, столовые горы и холмы, которые обеспечат отличные позиции для городищ. Они не обязательно должны быть в сухих, засушливых регионах, таких как Гранд-Каньон, но могут быть покрыты растительностью, такой как, гм. Он может существовать! Я просто рисую пустой прямо сейчас. Опять же, все это можно найти с помощью вашей ЦМР, местоположения воды, моделей атмосферной циркуляции. Вам просто нужно решить, какие функции вас интересуют.

Есть ли способ идентифицировать металлы или металлические руды вблизи поверхности?

Простой ответ да. Для инопланетных композиций потребуется некоторая наземная проверка, но любые известные земные сигнатуры поглощения должны подойти.

На спутниковом снимке Morenci выше изображен открытый медный рудник на юго-востоке Аризоны, ведущий производитель меди в Северной Америке. На этом обработанном и интерпретированном изображении ASTER использовались коротковолновые инфракрасные диапазоны, чтобы выделить ярко-розовым цветом измененные породы в карьере Моренси, связанные с медной минерализацией.

Спутниковые изображения также могут быть полезны геологам, ученым и руководителям геологоразведочных работ из-за нескольких диапазонов, которые несут спутники, что позволяет им интерпретировать длины волн, которые не видны человеческому глазу. Ближний инфракрасный, коротковолновый инфракрасный и тепловой инфракрасный диапазоны можно использовать для определения различий в структурных особенностях земной поверхности.

Мультиспектральная визуализация и тематическое картирование позволяют исследователям собирать данные об отражении и поглощающих свойствах почв, горных пород и растительности. Эти данные могут быть использованы подготовленными фотогеологами для интерпретации литологии поверхности, определения глин, оксидов и типов почвы по спутниковым снимкам.

Сценарий колонизации — спланируйте поселение в месте со всеми желаемыми характеристиками, водой, биомассой и полезными ископаемыми. Или возьмите с собой технологию, чтобы обеспечить все репликаторы преобразования воды и биомассы, которые могут вам понадобиться для вашего негостеприимного места добычи полезных ископаемых. Чрезвычайный сценарий — вам повезет, если вы получите все, не говоря уже обо всех трех, воду, еду и металл за один раз. Но вы сможете собирать растения (стиль охотника-собирателя), искать металлы, следовать подсказкам к воде на земле. В зависимости от вашей чрезвычайной ситуации, вы можете иметь от базовых до подробных геологических карт вместе с ЦМР. Вы могли бы запустить на орбиту небольшие спутники, предоставляющие вам базовые данные в реальном времени, которые могли бы указать вам правильное направление. И т.д. и т.п. Все зависит от ваших требований к истории.

НАДЕЮСЬ, Я ВСЕ ПОНЯЛ!

использованная литература

(1) Все цитаты (кроме полезных ископаемых) и первое изображение с некоторых спутников — http://www.goes-r.gov/users/comet/tropical/textbook_2nd_edition/print_2.htm#page_3.0.0

(2) Второе изображение клетки Хэдли — https://askabiologist.asu.edu/explore/desert

(3) Цитата и третье изображение, связанные с минералами - http://www.satimagingcorp.com/applications/energy/mining/

Вода

Используйте инфракрасное излучение, чтобы проверить температуру воды, так как горячая вода на холодной земле может свидетельствовать о загрязнении. Также проверьте наличие водорослей на поверхности воды и проверьте поток воды, чтобы убедиться, что вода не застаивается.

Животные и растения

Используйте инфракрасное излучение, чтобы проверить планету. Везде, где много тепла в одном месте, наводит на мысль о растениях. Формы животных часто можно увидеть в инфракрасном диапазоне.

руды

Уже существуют спутниковые методы, которые смотрят на длины волн, излучаемых землей, чтобы дать приблизительное представление о любых полезных ископаемых. Особенности поверхности можно увидеть с орбиты, что дает больше доказательств местонахождения полезных ископаемых.

Краткий ответ: вы бы не стали . Вы можете приблизиться, и гораздо лучше делать оценки, чем идти вслепую. Но, в конечном счете, слишком большой риск приземлиться и подвергнуть своих колонистов неизвестному. Этот процесс будет постепенным и будет контролироваться подробными научными исследованиями.

Я думаю, вы недооцениваете сложность колонизации. Это не кемпинг, где вы можете просто поселиться в любом старом месте и быть уверенным, что у вас будет относительно безопасная вода и, возможно, немного еды. Это то, что будет запланировано за десятилетия, если не за столетия, до прибытия колонистов, и даже тогда есть много неопределенностей. Некоторые указания на этот эффект:

1. Вы узнаете почти все о природе этой планеты до того, как туда доберутся ваши колонисты, за исключением ее точного воздействия на людей. Из вашего вопроса следует, что эта планета — «Новая Земля», населенная растительноподобными существами и, возможно, животными. Вдобавок ко всему, он пригоден для проживания людей, по-видимому, без терраформирования. Это абсурдно редкая планета (на ум приходит аналогия «выиграть в лотерею 100 дней подряд»). Такая уникальная планета будет интенсивно изучаться, особенно с расчетом на то, что она будет колонизирована. Сначала его идентифицируют и изучают удаленно, а затем исследуют и исследуют роботы. Вы узнаете состав почвы и воды, некоторые основы существующих форм жизни, общую местность и так далее.

2. Существующая жизнь, вероятно, убьет вас. Этот красивый опаловый цветок на самом деле выпускает пыльцу, которая парализует ваши легкие. Это милое пушистое существо на самом деле переносит микроорганизм, который ест вашу кожу. Это вещи, о которых вы не будете знать, пока не приземлитесь и не подвергнетесь воздействию окружающей среды. Даже если вы проживете достаточно долго, чтобы основать колонию, нет никакой гарантии, что существующая жизнь сможет поддерживать человеческий рацион. Просто слишком много неопределенности, чтобы рисковать этим. Ближайшим историческим примером может служить Колумбийская биржа , которая, хотя и была в конечном итоге выгодной, изначально была катастрофической для обеих сторон из-за болезней, которыми торговали.

3. Нет никакой гарантии, что современные материалы будут получены из природы. Возьми что-нибудь вроде стали. Если на вашей планете было очень мало пригодного для добычи железа, у вас совсем нет ресурсов. Это еще более верно в отношении более редких материалов, необходимых для научного развития.

Основываясь на этих факторах, я бы подумал, что вы начнете с «колонии в коробке», а затем исследуете. Возьмите с собой все, что, как вы не знаете, вы можете найти и легко получить там. Выращивайте семена, животных, лекарства, топливо и другие предметы первой необходимости. Начните с как можно меньшего количества окружающей среды. Как только это будет установлено, вы можете начать исследовать и тестировать использование новых материалов и существ. Первоначально колония закрыта от окружающей среды, но если она окажется безопасной для обеих сторон, эти барьеры могут ослабнуть. Тем не менее, вы хотите, чтобы начальное местоположение было близко к перспективным сайтам. Водоем с проточной водой был бы идеальным как для очистки, так и для элементарной гидроэнергетики. На плоской земле легче всего строить и наименее опасно исследовать, но вам также может понадобиться близлежащий горный хребет для более простых геологических исследований и, в конечном итоге, добычи полезных ископаемых. Вы также хотели бы быть ближе к экватору, чтобы сделать любые запуски с планеты немного проще. Если ваши роботизированные исследования показали, что содержание почвы в районе перспективно для сельского хозяйства, попробуйте там. Это может согласовываться с идеей речной долины, а может и нет; планета неизвестна. Первые годы жизни колонии будут посвящены интенсивному изучению окружающей среды, поэтому она должна быть биологически разнообразной и интересной с геологической точки зрения. Используя эти факторы, ученые смогли определить лучшие места для успешной колонии.