Vì sao phải phóng vệ tinh khí tượng?

Trái Đất là một hành tinh. Phàm những thiên thể quay quanh hành tinh đều gọi là vệ tinh. Mặt Trăng quay quanh Trái Đất nên Mặt Trăng là vệ tinh tự nhiên của Trái Đất. Con người muốn biết tình hình khí tượng trên cao nên đã phóng vệ tinh nhân tạo quay quanh Trái Đất để thăm dò khí tượng, gọi là vệ tinh khí tượng.

Vệ tinh khí tượng bay trên độ cao hàng trăm, hàng nghìn, thậm chí hàng vạn km, có thể đo được những thông tin gì? Điều đó còn phải xem vệ tinh được trang bị những thiết bị gì.

Nói chung phóng vệ tinh khí tượng mục đích là để thăm dò kết cấu của thành phần bầu khí quyển trên cao, tia Vũ Trụ, bức xạ Mặt Trời và tính chất cũng như tác dụng của các hạt Mặt Trời trong tầng khí quyển, tình hình tầng điện ly, tình hình từ trường Trái Đất trong bầu khí quyển, từ trên cao quan sát tình hình mây, mưa, gió bão, v.v.

Kết cấu của thành phần khí quyển bao gồm tình trạng nhiệt độ, mật độ, áp suất không khí và sự thay đổi của nó theo chiều cao. Trước kia chỉ dựa vào một số hiện tượng trên cao (như ánh sáng vùng cực, sao băng, v.v.) để suy đoán, sau khi có vệ tinh khí tượng người ta đã đo trực tiếp.

Tia vũ trụ, bức xạ Mặt Trời và các vi hạt Mặt Trời là những nhân tố quan trọng ảnh hưởng đến khí quyển tầng cao và tầng thấp. Sự biến đổi của thời tiết trong tầng không khí dưới độ cao 10 km như nhiệt độ, thành phần, chuyển động, sự phân bố của hơi nước đều liên quan với nhau.

Khí quyển tầng cao là cửa ngõ của tia vũ trụ. Bức xạ Mặt Trời và các vi hạt bắn ra từ Mặt Trời đi vào Trái Đất qua tầng khí quyển. Biết được tính chất và tác dụng của chúng trên tầng cao của khí quyển thì sẽ biết được tầng cao của khí quyển sẽ ảnh hưởng như thế nào đến sự biến đổi của thời tiết ở khí quyển tầng thấp.

Điều đó có lợi cho khám phá sâu hơn quy luật biến đổi của thời tiết, nhằm dự báo thời tiết được tốt hơn.

Tầng điện ly chủ yếu do bức xạ Mặt Trời cấu tạo nên. Vì nó có thể phản xạ sóng vô tuyến nên sự tồn tại của nó quan hệ mật thiết với truyền sóng vô tuyến bước sóng vừa và ngắn. Trước kia người ta dùng sóng ánh sáng phát từ mặt đất để nghiên cứu tầng điện ly nên tình trạng của nó từ độ cao 400 km trở lên không thể nào biết được. Có được vệ tinh khí tượng thì có thể phát sóng vô tuyến từ trên cao xuống để tìm hiểu tình trạng tầng điện ly từ 400 km trở lên.

Ở tầng cao hơn của khí quyển có rất nhiều hạt mang điện, có những hạt là từ ngoài bầu khí quyển bay đến, có những hạt do tác dụng của tia Vũ Trụ, bức xạ Mặt Trời và vi hạt Mặt Trời vào tầng khí quyển mà sinh ra. Trái Đất giống như một khối nam châm lớn. Những vi hạt mang điện này chịu ảnh hưởng của từ trường Trái Đất, phát sinh vận động nhất định trong tầng cao. Giả sử ta có thể tìm hiểu được tình trạng từ trường ở tầng cao khí quyển thì có thể suy ra được quy luật vận động của các vi hạt mang điện trên cao. Như vậy sẽ giải thích được một số hiện tượng (như cực quang) ở trên cao. Vệ tinh khí tượng nhân tạo cung cấp cho ta khả năng khám phá từ trường trên cao đó.

Sự biến đổi của thời tiết luôn biểu hiện bằng biến đổi của mây, do đó có người từng nói mây là bộ mặt của thời tiết. Nhưng trước kia người ta chỉ có thể quan sát mây từ mặt đất, phạm vi quan sát không rộng, hơn nữa mỗi lần có các đám mây dày đặc thì những đám mây tầng trên sẽ bị che lấp, con người rất khó biết được tình hình những đám mây trên cao. Vệ tinh khí tượng nhân tạo bay trong tất cả các tầng mây. Nó có thể thăm dò và đo đạc từ trên cao xuống tình trạng mây của một vùng rộng lớn, truyền ảnh về mặt đất. Như thế khắc phục được những nhược điểm quan sát mây từ mặt đất. Kết hợp cả hai nguồn quan sát càng có lợi cho dự báo thời tiết được chính xác. Từ sau khi có bản đồ ảnh vệ tinh nhân tạo truyền về thì bất cứ cơn lốc nào phát sinh trên mặt biển đều không thể thoát khỏi con mắt của vệ tinh. Do đó nó có vai trò rất lớn trong việc dự báo gió lốc và đề phòng tai nạn.

Ở tầng thấp, sự phân công nhiệt độ và độ ẩm của không khí không đều. Đặc trưng của nó là không ngừng phát ra bức xạ hồng ngoại. Vệ tinh khí tượng tiếp nhận những bức xạ này có thể phán đoán được tình trạng phân bố của nhiệt độ theo chiều thẳng đứng và độ ẩm trong tầng không khí thấp.

Có người sẽ nói, trước khi phát minh ra vệ tinh khí tượng, người ta đã dùng tên lửa khí tượng để thăm dò khí quyển ở tầng cao. Đã có tên lửa khí tượng thì cần gì đến vệ tinh khí tượng nữa?

Đương nhiên tên lửa khí tượng cũng là một loại công cụ để khám phá tình hình khí quyển tầng cao. Nhưng phạm vi khám phá của nó chỉ có hạn. Thời gian nó bay trong bầu khí quyển tương đối ngắn cho nên tài liệu thu được rất tản mạn. Nếu tổ chức thành một mạng lưới tên lửa khí tượng để đo, tuy có thể khắc phục được một số khiếm khuyết, nhưng hao tổn kinh phí và vật lực nhiều, đồng thời là việc không đơn giản. Vệ tinh khí tượng so với tên lửa khí tượng có nhiều ưu điểm. Nó hoạt động trong bầu khí quyển thời gian lâu, hơn nữa cứ cách hơn một giờ là quay được một vòng quanh Trái Đất, đường bay của nó đi qua những chỗ khác nhau trên Trái Đất, như vậy nó có thể bay qua bầu trời của nhiều vùng. Ngoài ra còn có một loại gọi là vệ tinh khí tượng địa tĩnh, nó bay trên bầu trời của xích đạo, cách mặt đất 36.000 km, tốc độ đồng bộ với tốc độ tự quay của Trái Đất, vì vậy đối với Trái Đất, giống như nó chỉ đứng một chỗ trên cao của đường xích đạo, nó có thể quan sát tình hình khí tượng của một vùng nào đó trên Trái Đất. Điều này đối với dự báo khí tượng có tính ưu việt rất rõ. Loại vệ tinh khí tượng này tìm hiểu các thông tin khí tượng trong một phạm vi rộng, có tính liên tục, rất có ích cho nghiên cứu quy luật biến đổi của khí tượng. Do đó so với tên lửa nó có tính ưu việt hơn hẳn.