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太空中肉眼究竟能否看到长城 中国民族自豪源泉

news.xixik.com   2004-12-8 23:09:40 资讯来源:北京日报   字号控制:[ ]
核心提示:被欧空局误判为长城的其实是小山沟。沟两边坡陡林密,有泉水汇成的小山溪,坡度稍缓处散布着民房和小梯田。至此,争论了三四十年的科学公案,终于通过中国科学家的实证研究得出正确的结论——在太空上真的看不到长城。

法国斯波特(SPOT)遥感卫星“翻译”出来的地面数值。根据数值显示,右上那条弯弯曲曲的线就是长城。

赴美生子利与弊

欧空局发布的普罗巴(PROBA)卫星图像,其文字说明指出,该图右上方一条蜿蜒曲折的细线条是延伸7240公里的长城。但这是一条汇聚水流的山沟。

在太空能否仅凭肉眼看到长城?长期以来,人们对此争论不休。最近,我国科学家通过理论分析、遥感实验和实地验证,为这桩争论三四十年的科学公案做出结论:肉眼无法从太空看长城,但遥感卫星可以“看”到长城。

  有关这项研究成果的文章《从太空探测万里长城》即将发表在中国物理学界的核心期刊《物理》上——太空中肉眼看不到长城

  似乎没有任何一件事情,让科学家和普通公众共同为此迷惑不解,为此三四十年争论不休,仍然没有公论。这就是“人类能否从太空看到长城?”

  今年5月的欧洲空间局“从太空看长城”事件,激起了我国科学家一探究竟的强烈愿望。从事遥感图像解译40多年的中国科学院遥感卫星地面站研究员戴昌达,在光学物理专家聂玉昕研究员的大力支持下,对此问题进行了理论分析、遥感实验和实地验证,并在日前参加全国科协学术年会时宣布:人类肉眼无法从太空看到长城,但依靠高分辨率遥感技术能“看”到长城。

  他们的结论是怎样来的?有什么依据?这项研究,竟然即将刊登在严肃的核心期刊《物理》上?一系列问题,迫使我们去进一步追寻新闻背后的故事,走近这位格外“较真”的科学家和他的同事们。

  1 “肉眼看长城”一争几十年

  “在太空中仅凭肉眼能否看到长城”科学公案的由来,似乎要追溯到人类第一次进入太空之日起。宇航员“看到长城”的随意一句话,立刻传遍世界。在人们尤其是十几亿中华儿女心中扎下了根,而且根深蒂固。

  在六年制小学语文课本第七册课文《长城砖》中有这样一段文字:“一位宇航员神采飞扬地说,‘我在宇宙飞船上,从天外观察我们的星球,用肉眼观察出两个工程:一个是荷兰的围海大堤,另一个就是中国的万里长城!’”2000年语文高考试卷要求阅读理解的《长城》一文中就如此表述:“外层空间能看到的地球上惟一的人工痕迹,就是你呵,长城!”

  这种说法在国外也颇流行。美国出的麦片包装盒上经常写一些给小孩看的小知识,其中就有“你知道中国的长城是太空惟一肉眼可见的人造物吗?”甚至有人说长城是月球上惟一肉眼可见的人造物。

  但无论在学术界还是民间,“肉眼看长城”始终存在争议,而且长久以来没有定论;而西方宇航员在太空看到过长城的说法也从来没有得到过证实。

  曾在太空站工作的宇航员威廉·博格在1991年出版的《在太空中如何盥洗》一书中说,在那样的高度上已无法用肉眼看到长城,而需要用望远镜才能看到。

  2000年凤凰卫视曾采访第一批登上月球的宇航员之一奥尔德林。他说,在月球上是看不到万里长城的,长城是狭窄而不规则的,在轨道上,很难看到不规则的事物。

  2000年5月4日,首位太空游客蒂托在接受记者采访时也说,我从中国上空飞过时看到了中国的河流和山脉,但没有看到中国的长城。

  去年,当中国首位航天员杨利伟返回地球时,有记者问他是否在太空中看到长城。杨利伟肯定地回答:“看到地球景色非常美丽,但我没有看到我们的长城。”

  今年年初,全国政协委员王翔递交提案,要求纠正小学语文课本中的错误,教育部对此公开答复表示纠错工作正在进行。至此,争论已久的“太空看长城”公案似乎应该告一段落。

  2 欧空局“长城照”再掀波澜

  然而,今年5月11日,欧洲空间局网站首页以“从太空看中国长城”为题,发布了一张“普罗巴”卫星过境时获取的高分辨率卫星图像,再次打破了不久前的论断。图像文字说明指出,该图右上方一条蜿蜒曲折的细线条是延伸7240公里的长城。图左下方一条色调很明亮的宽线状影像为长达1500公里的大运河。

  与此同时,该公告还认为,如果天气、光照等条件适合,宇航员可以用肉眼看到长城,并引用美国宇航员尤金·塞尔南2004年2月访问新加坡时说过的话“在高度为160公里至320公里的地球轨道上确实能用肉眼看到长城”。

  公告刊出仅一天后,美国宇航局网站转发了这条信息和图像。两家国际公认的空间科技权威机构发布的信息立刻引起广泛关注,类似从太空看到长城并非神话的报道出现于国内多家媒体,还有文章提出:政协委员建议小学语文课本应纠错的提案应叫停。

  与此同时,质疑欧空局公告准确性、否定人眼能从太空看到长城的意见也纷纷见诸报端和网站。复旦大学和美国加州大学的学者首先提出不可能是长城,根据把图像翻转180度看,很明显该影像是一条汇聚水流的山沟。

  在热烈争论中,欧空局于5月19日发布纠错公告,承认此前公布的图像发生解释错误,把一条注入密云水库的河流误判为长城,至于那条被判为运河的影像是否有错和宇航员能否看到长城等问题则未提及。

  6月4日《科学时报》发表文章《杨利伟没有看到长城事出有因》,该文从杨利伟乘坐的“神舟”5号飞船轨道分析入手,认为他在21个小时的太空飞行过程中没有在白天飞越长城上空,因此根本没有时间看到长城。

  最近刚出版的《航空档案》在《访问中国的世界首位女宇航员》一文中说“前苏联女宇航员捷列什科娃2004年5月访华期间曾透露她在1963年环地球48圈的过程中看到过长城”。

  一时间,在学术界和社会公众中,这桩公案再次掀起争论潮。争论者截然分成两大“阵营”:一派认为肉眼从太空能够看到长城;一派则认为这不可能。正反双方各自搬出自己的依据,试图说服对方。而对于绝大多数不知情或者未深究的社会公众而言,则犹如雾里看花,不知所云。一场科学公案似乎变成了一团迷雾。

  3 72岁老教授开始“较真”

  现年72岁的戴昌达教授,从事遥感应用研究已有40多年。中科院遥感所所长李小文院士称其为“我国遥感事业的先驱之一”。

  5月份的欧空局公告,引起了这位老专家的注意。在欧空局纠错公告出来之前的16日晚上,戴昌达在对图像进行初步分析后即判断欧空局所说的“长城”只是典型的燕山下的小山沟。

  “应该有中国科学家站出来说话,做些工作了。”戴昌达说,在肉眼看长城问题上,国外的声音占据了主导,国内学术界、民间机构、媒体不少是跟在后面嚷嚷,没有认真对此进行科学的论证。中国科学家应该有责任对此开展一些力所能及的工作,在国际上发出自己的科学声音。

  据此,研究工作层层递进,一环扣一环。在对人眼分辨能力进行理论分析和对欧空局图像初步解译的基础上,6月2日,戴昌达和另一研究者姜小光合作的《卫星图像接连错判说明什么——从欧空局两次有关“太空看长城”的公告谈起》一文发表在《科学时报》头版上,指出欧空局的纠错公告仍不确切,实际上,被误判为长城的只是一条小山沟。

  与此同时,科研小组向欧空局发出邮件,指出他们的图像没有经过应用处理,影像存在畸变,表示如欧空局愿意免费提供图像,中科院遥感卫星地面站可以对图像进行处理。但是这封信石沉大海。

  就在科学家们对欧空局提供图像不抱希望的时候,事情出现转机。负责法国遥感卫星“斯波特”在中国分发业务的“视宝”公司,闻讯后表示可以免费提供“斯波特”5号卫星上的4种不同分辨率的图像数据。

  4 宇航员视力再好也不可能看到

  科学家通过光学理论分析再次充实此前的研究成果,同时和光学专家、中科院物理研究所聂玉昕研究员取得联系,补充了光觉、色觉、形觉的内容。

  戴昌达说:“人眼视觉是个很复杂的物理、生理及心理过程。据测定,当一个物体进入眼瞳形成的张角正好是以其距离为半径的圆周长度的三千六百分之一左右时,这个物体就表现为一个与背景有别的像点而被人眼看到。如果距离增大或物体缩小,一个物体的像点就会融入背景中而不能被眼睛识别。”

  戴昌达进一步引用了两个前人的实验结果:一个人站在天安门广场毛主席纪念堂前,刚好能看到400米之外直径为20厘米的旗杆顶,站得更远些,旗杆顶就分辨不出了,因为杆顶的像点已经混在背景当中;据介绍,国外一位训练有素的侦察员在良好的视通条件下可以识别出2公里之外的一辆坦克上大小约32厘米的炮塔和瞭望孔。

  按照这两个实验结果,就可以换算出人眼的分辨率分别相当于圆周的两千分之一和六千二百五十分之一,一个大于和一个小于生理光学专家测定的一般人眼视力数据。

  根据人眼视觉原理和视觉分辨率,几位科学家认为,假设长城宽度达到10米,常人可识别长城的最远距离约为20公里,视觉分辨率高的侦察员大概可远在62.5公里处识别长城。但这些距离都远远低于一般公认的太空高度,何况长城宽度一般都小于5米。

  据此,科学家们判定,即使宇航员的视力比侦察员高一倍,在太空仅用肉眼也不可能看到长城。宇航员在升空或降落过程中距长城不远的瞬间也许能看到长城。但这个瞬间太短暂,宇航员也不能分心,不可能看清。

  有人提出“黑夜看明灯”的不同意见,认为只要太阳光的照射角度合适,能大大提高长城亮度,就有可能超越人眼的视觉极限,并以黑夜可以看到超远距离的明灯为例证。

  戴昌达解释,当一个物体极其明亮,且与背景反差极大时,有可能提高视细胞产生光觉、色觉和形觉的水平。但长城属砖土结构,不是发光体,也不是强反射体。其随地形起伏而伸展于山脊、山坡,与周围背景的反差也不会很大,不管太阳照度发生多大变化,都不可能产生黑夜看明灯的那种效应。而且长城的宽度有限,除敌楼、城台之外,一般都不超过5米,高度也有限,不会产生太大的阴影与投影。

  5 遥感卫星太空可“看”长城

  肉眼无法看到,欧空局的遥感图片也“看”错了,那么遥感卫星究竟能否“看”到长城呢?戴昌达深信卫星遥感技术作为人的视觉功能的延伸,能够帮助人们从太空“看”到长城。

  8月初,科研小组拿到了视宝公司提供的“斯波特”5号卫星4种分辨率的(分辨率分别为10米、20米、5米、2.5米)图像,并对各种分辨率图像进行了精几何校正与配准,再开展图像数值分析。

  在一张A4大小的白纸上,密密麻麻全是大小不一的数据,每一个数据,代表2.5米见方的地面反射数值。这就是通过法国斯波特遥感卫星“翻译”出来的地面数值。根据数值,科学家用红笔划出一条弯弯曲曲的线——那就是长城。戴昌达说:“由于不同地物反射率不同,对应的传感器上显示的数值也不同,就代表了不同的物体,通过与测绘局提供的明确的地理坐标进行对照,进一步确认那就是长城。”

  对海量图像数值进行分析后,科学家在图像上“分辨”出了野长城,而且表明长城宽度不超过2个像元即5米。在增强处理后的图像上,蜿蜒延伸的细线状影像清晰可见,细线上还可看到一些灰白色斑点,那是基本上按一定间距或在长城拐折处修建的城台或烽火台。

  为进一步证实遥感卫星能“看”到长城,2004年9月底,戴昌达等一行5人前往北京密云境内黑龙潭以北椴树梁村的一段野长城实地考察。现场考察发现这段长城宽、高都不足2米,由岩块垒砌而成,两侧常见几十厘米至一米余宽的岩屑土渣小径。用数码相机拍摄的侧视照片与卫星图像的分析完全吻合。

  登上城台后,5人由西南坡下至椴树梁村,这里就是被欧空局误判为长城的小山沟。沟两边坡陡林密,有泉水汇成的小山溪,坡度稍缓处散布着民房和小梯田。“这些都在‘斯波特’5号卫星彩色融合图像上有较清晰的显示。”戴昌达对考察的结果与图像解译的高度一致性显得很振奋。

  对于欧空局的误“看”,戴昌达说:“那张卫星图像看来没有经过精几何校正等应用处理,存在地形起伏产生的投影差,影像色调层次也不够细腻,所以难辨长城影像。”

  至此,争论了三四十年的科学公案,终于通过中国科学家的实证研究得出正确的结论。

  新华社供本报专稿文/李斌 云彤 吴晶晶

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