天文史上的今天：Landsat，持續時間最長的地球觀測衛星

來自專欄 天文史上的今天

1999年4月15日，「陸地衛星7號」發射升空。Landsat系列是迄今持續時間最長的地球監測衛星項目，從1972年開始，至今已有40多年歷史。

Landsat 7衛星任務徽標，注意看它的文字：從太空監測變化中的地球表面

來源：NASA/USGS

「不識廬山真面目，只緣身在此山中」。人類進入航天時代，並不僅僅意味著我們對於其他天體知識的大大增進，同時也極大地加深了我們對於地球的了解，因為有了對地觀測衛星的幫助，我們將第一次可以用「上帝視角」審視我們所居住的這個世界。

1999年4月15日，「陸地衛星7號」發射升空。Landsat系列是迄今持續時間最長的地球監測衛星項目，從1972年開始，至今已有40多年歷史。

測試中的Landsat 7衛星

來源：USGS

變化中的世界

整個太陽系中，地球可能是變化最快的星球。風，流水，外力侵蝕和內力作用不斷重塑著地球的表面。當然，改變地球環境最迅速的變數，還是人類的活動。

如何更好的監測這種變化，從而更好地了解我們所居住的這顆星球？

最好的手段是依靠運行在地球軌道上的地球觀測衛星，而其中的佼佼者，便是有著長達40多年歷史的美國「陸地衛星」系列（Landsat）。這是迄今持續時間最長的地球觀測衛星計劃，目前由美國聯邦地質調查局（USGS）負責管理。

Landsat衛星拍攝獲取的數據製作的夏威夷大島圖像。可以看到低雲，火山和植被的分布

來源：USGS

從1972年以來，Landsat衛星被用於監測城市的擴張，氣候變化造成的變化，以及森林面積的減少。環境的長期改變需要連續的觀測數據，而持續40多年的Landsat衛星項目提供了這種數據。

從太空監測地球

地球，迄今所知唯一一顆存在生命現象的星球，人類文明的搖籃。衛星技術讓我們首次得以真正從全球角度審視我們的家園

來源：NASA

自從1957年人類進入太空時代以來，科學家們就開始設想利用衛星對地球開展監測工作的。一直到60年代早期，我們關於天氣變化和土地利用方面的空間數據仍然非常缺乏，這讓相關研究變得十分困難，也難以對國土規劃作出有效指引。

在美國早期的一部分「水星」，「雙子星」和「阿波羅」中安排了對地球攝影的任務。在1965年，當時的美國聯邦地質調查局（USGS）主管提出，應當發展一套長期運行的對地監測衛星系統來獲取長期地球變化的數據。

Landsat 衛星獲取的美國首都華盛頓，哥倫比亞特區圖像，可以看到紅色的植被和綠色的建成區

來源：NASA

好在，最終應當發展這一項目的意見還是佔了上風。1972年7月23日，「地球資源技術衛星」（ERTS）發射升空了，隨後，這顆衛星被重新命名為「Landsat 1」。

這顆衛星安裝了一台特殊的多光譜掃描儀，其具有4個不同通道：綠光，紅光，再加兩個紅外波段。這對於植物，水體和其他地球表面景物的監測十分重要，因為它們會在不同的波段有比較好的顯示。

瑞典哥特蘭島，周圍波羅的海海水中的藻類與浮游生物在衛星圖像中顯出特殊的顏色，隨著水流，畫面猶如梵高的《星夜》

來源：USGS

Landsat 1取得了很大成效，最終說服了反對意見。於是這一項目得以繼續推進。僅僅2.5年後，Landsat 2在1975年發射升空，隨後在1978年3月，僅僅在Landsat 1失效兩個月之後，Landsat 3發射。

商業化的嘗試與變故

1972年升空的Landsat 1衛星

來源：NASA

在項目順利推進的過程中，一些變故正在醞釀。當時的美國總統吉米·卡特在1979年簽署第54號總統行政命令，將Landsat項目由美國宇航局整體轉交給美國國家海洋與大氣管理局（NOAA）。

之所以要這樣做，目的是想讓Landsat成為一個更加偏重應用的項目，而非純粹用於研究目的。卡特還進一步要求美國國會協助NOAA研究將Landsat項目移交給私營部門的可能性。

時任美國總統吉米·卡特

來源：wiki

在行政命令中，卡特表示：「我們的目標是由私人企業來負責我國民用目的的遙感項目。」按照計劃，美國國會將在1981年開始著手操作Landsat轉手給私營部門的問題。

4年後，1985年，美國私營航天巨頭休斯飛機公司和RCA公司建立了一家合資企業，叫做「地球觀測衛星公司」（EOSAT），建立這家公司的目的就是為了接手Landsat的運作。到這個時候，Landsat 4 以及Landsat 5衛星都已經在軌道上運行了，它們分別是在1982年和1984年發射升空的。

Landsat衛星拍攝的河流入海口的三角洲地區圖像

來源：NASA

但這次向私營企業改制Landsat的運作最終被證明是一場災難。由於在移交時美國政府與私營企業之間簽署的協議中對於利用Landsat開展的盈利活動作出了諸多限制，企業要想盈利只能通過有限的幾種途徑。

而這樣做的結果就是，使用Landsat衛星圖像的價格從650美元迅速上漲到3700甚至4400美元，並限制二次分發。儘管由於美國對這類衛星圖片資源的壟斷地位，這種漲價超過600%的行為原則上是別人無法左右的，但也的確無形中讓很多潛在客戶望而卻步。

中國以「高分工程」為代表的民用對地觀測衛星同樣進展順利。2018年3月31日，高分一號02、03、04衛星以一箭三星的方式，由長征四號丙火箭於太原衛星發射中心成功發射

來源：新華社

很多客戶轉而向美國購買解析度更低，因此也更便宜的圖像。而到了1986年，法國開始建設該國獨立的SPOT地球觀測衛星系統，美國的壟斷地位遭受嚴重威脅，市場份額不斷下滑。直到1989年，NOAA通知EOSAT公司，要求後者關閉Landsat 4和Landsat 5，項目停止運行。

最後，主要是美國國會和當時的美國副總統丹·誇勒爾（Dan Quayle）的干預，以及大量數據用戶的抗議才挽救了Landsat 項目。

中國高分一號衛星拍攝的上海地區影像

來源：中國資源衛星應用中心

目前，Landsat項目仍在繼續進行，從1972年至今從未間斷，最新的一顆是2013年升空的Landsat 8衛星，而Landsat 9預計將在2020年前後發射升空。

而在我們國家，以「高分工程」，即「高解析度對地觀測工程」為代表的地球觀測衛星計劃也正在順利推進，不斷降低著我國對於外國衛星觀測圖像的依賴。

編者按：

《天文史上的今天》欄目是老嚴的一次個人歷險，試圖通過堅持365天，完整記錄一年中每一個日子在人類漫長的天文歷史中留下的印記。

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