Deep Dive
Shownotes Transcript
地球拥有令人难以置信的多样化和不断变化的景观——崎岖的山脉、干旱的沙漠、茂密的雨林、连绵起伏的小麦田。在NASA出现之前，没有人从高空对地面进行系统的观察。NASA科学家Brad Doorn解释了一个长期运行的卫星计划如何收集农民种植养活世界粮食所需的资料。</context> <raw_text>0 大家好，我是你们的主人，雅各布·平特。我是你们的主人，帕蒂·博伊德。您正在收听NASA的好奇宇宙。这是我们关于如何研究我们最喜欢的星球地球的系列节目的第三集。现在，我们上周花了一些时间在水面上探索是什么使我们的世界成为一个海洋星球。本周，我们回到了陆地上，老实说，这就是我属于的地方。帕蒂，我不知道你怎么样，但在COVID-19大流行开始时，我待在家里。我真的很、很无聊。
我培养了一个新的爱好。它不像很多人那样是酸面包。但我所做的是拿出我的手机。我会打开一个地图应用程序，然后在世界上找到一个我从未去过的地方，一个我不了解的地方。我会放大，看看我能看到什么。你知道，它不如实际旅行好，但也不坏。它就像次好的选择。
我喜欢这一点，因为全世界都在同时经历这一切，对吧？所以你当时也在看全球地球，看着我们所有人都在同一个蓝色弹珠上。我和你相反，雅各布。我也喜欢地图。我喜欢思考事物的位置。但我同时也喜欢缩小范围，从大的角度来看待地球作为一个整体，看看它在两极或热带地区的样子。所以，你知道，地图非常重要而且很酷。我想，让我震惊的是，我们只是……
想当然。就像，你的口袋里有一样东西，可以放大地球的任何部分，也可以缩小范围看到整个地球。你几乎可以在任何地方看到地面的样子。NASA的卫星为我们手机上的地图应用程序提供动力，但它们提供的不仅仅是手机上那些有趣的信息，还有更多非常重要的信息。
从太空，我们不断跟踪景观如何随着我们建造新城市或将森林改造成农田而变化。我们有卫星可以测量太空中的树木高度。可以探测野火一旦开始的卫星。一些可以识别容易发生山体滑坡的山坡的卫星。甚至可以测量土壤中含水量多少的卫星，这对种植作物非常重要。
所有这些都令人惊叹，而且从宏大的角度来看也相当新颖。如果你倒回到大约半个世纪前，这一切都不存在。在那时，如果你想从高空看到某个地方，你必须驾驶飞机飞越它并拍摄胶卷照片。或者乘坐阿波罗号进入太空。
那些早期阿波罗号拍摄的地球陆地从太空的照片，我们在本系列的第一集中谈到的那些照片，激励了NASA和美国地质调查局的科学家。从遥远的太空，地球看起来宁静而美丽，没有显示出我们这个拥挤的星球的许多问题。我们面临着许多挑战：疾病造成的作物歉收、不断增长的人口需要养活、对污染和森林砍伐的担忧，
随着我们利用和改变我们的星球，我们已经意识到，在许多方面，我们正在耗尽资源。我们已经有气象卫星在监视大气层。为什么不增加专门用于观测地面的卫星呢？科学家们正在努力应用太空时代的技术，寻求更多和更好的关于这些复杂关系的信息。1972年，NASA发射了Landsat 1。
或者当时它被称为地球资源技术卫星。航天器开始向下发射高分辨率图像。“发射机驱动已开启。双向，准备执行命令。信号强度链接负一百一十三。”不是胶卷照片，而是使用传感器拍摄的详细光谱图像，这些传感器可以看到比人类所能看到的更多波长的光，这意味着更多颜色。
这张颜色奇特的图能真正告诉我们一些我们可以利用的东西吗？当然可以，如果你知道该寻找什么。这段1979年的视频展示了Landsat如何以鲜艳的色彩使地球栩栩如生。例如，通过研究这些颜色模式，科学家们可以看到我们居住的城市是如何发展的。洪水可以得到研究，随着人们现在对河流将泛滥的地区有了更多了解，生命可以得到拯救。
在所谓的假彩色图像中，由于不同的红外光波长从表面反射到仪器中，森林显示为深红色，田野显示为浅红色，海冰显示为浅蓝色。通过组合这些单独的黑白图像并通过彩色滤镜打印它们，它们之间的差异可以用来强调特定的地球特征。
对于许多用途而言，这些Landsat数据的摄影产品比任何其他形式的空中监视都有很大的进步。
在胶卷摄影时代，NASA的地球科学家向美国人解释了新奇的数字像素概念。这是一个有趣的事实：像素最初代表的是图像元素。这也是NASA科学家必须解释的事情。在早期的Landsat图像中，航天器扫描式多光谱扫描仪捕获的一个像素代表了地球表面大约两个冰球场并排大小的区域。
当时的NASA管理员称Landsat是人类的第二次巨大飞跃。科学家们第一次从太空获得了地球表面的连续宇航员视角，从珊瑚礁到玉米田，从火山到山体滑坡。
Landsat卫星不断出现，每一个都建立在最后一个的基础上。Landsat 9于2021年发射。阿特拉斯号加油。半人马座加油。Landsat 9加油。霸王龙10号。这是一个相当了不起的遗产。50多年来，Landsat卫星一直在不断绕地球运行。发射！
技术已经取得了长足的进步。前几颗Landsat卫星可以收集四个光波长范围的数据，也称为波段。
Landsat 9有11个波段。这意味着它可以探测到更多的东西，从高空卷云到地球上所有物体发出的红外辐射。Landsat 9可以以更高的分辨率看到地球表面。每个像素对应于地球上10米的比例尺，而原始Landsat的比例尺为60米。
我的意思是，想象一下过去50年来电视的变化。我们从黑白电视变成了彩色电视，画面越来越清晰。Landsat也增加了更多的颜色和更高的分辨率。在这些卫星的密切关注下，世界人口从38亿增加到81亿。人类已经改变了我们的星球。湖泊干涸了。森林消失了。城市发展壮大，以适应所有这些人。
几十年来，我们一直在不断面临如何管理自然资源以及种植足够的食物来养活地球人口的挑战。在这些几十年里，Landsat计划提供了做出艰难决策所需的数据。我们监测全球粮食供应。就像宇航员说那样
当他们看到地球和大气层是多么稀薄，多么脆弱时。当我看到大部分食物和卡路里以及它们的来源时，我感到害怕。它只来自全球相对较小的地区。这是布拉德·多恩。他是NASA的一名科学家，我最近在华盛顿特区的NASA总部见到了他，
NASA地球科学家的一个主要重点是确保我们关键的监测数据能够送到最需要它的人手中，例如美国农民。听起来这就是布拉德的工作，对吧？是的，完全正确。他的正式职务是NASA农业和地球行动项目经理。这意味着我主要尝试利用NASA几十年来在地球观测、技术方面所做的工作，
科学，并找到方法将其呈现在农业产业、农民、机构、决策者面前。所以在某种程度上，我有点像翻译。
布拉德会说科学，因为他是一名NASA科学家，但他也很精通农业。布拉德花了很多时间倾听农民谈论他们面临的问题。而且他亲身了解他们的一些挑战。他在南达科他州农村长大。我父亲是Land O'Lakes的送奶工，花了很多时间在农场送饲料。我现在那里还有家人。但这并不是……
我参与农业的原因。不，高中毕业后他就走上了这条道路。布拉德没有足够的钱上大学，所以他加入了美国军队。老实说，军队，你知道，救了我。他们把我送到我的大地测量科学研究生院，这实际上是从太空绘制地球地图。所以这就是我了解所有技术、卫星技术和空间技术的方式。
然后，当他退役后，他于20世纪90年代加入了美国农业部。结果他们正在使用卫星数据，并一直在使用卫星数据来评估全球粮食供应。我爱死它了。在那里我意识到我们需要NASA的帮助，因为美国农业部，你知道，我们跟不上最新的技术，最新的解决方案。
NASA有这个项目和他们的科学，他们说，嘿，我们希望你使用我们的数据，并使用最新最好的数据。
最终我转到这里来了。所以这不是一条计划好的路线。但它非常酷。我非常感谢我的国家，无论是军队还是NASA，我都热爱为我的国家服务。所以我找到了一种方法去做，我没有计划这样做，但是，嘿，它奏效了。有时这些是最好的方法。是的。至于……
NASA拥有的技术。有什么是其他人无法获得的吗？例如，当你在美国农业部时，你知道，你看到了NASA拥有什么你真正想要掌握的东西，尤其是让农民掌握的东西吗？NASA的数据是独一无二的。NASA的观测和系统监测全球。
一直都在，几十年来一直如此，他们将所有这些数据联系在一起。没有其他人这样做。美国私营部门没有这样做。这非常重要，因为首先，你希望数据可靠。你希望它随着时间的推移保持可靠，这样人们才会相信它。显然，你希望它是最好的可用数据。你不想让它成为二流的数据。
NASA提供了所有这些要素。有了NASA，你确实拥有了最先进的技术。我们的下一颗卫星将搭载一个在金星和火星任务中开发的天线。你知道，你只是拥有最新的技术来驱动它。所以我认为它正在美国人民想要和需要它的地方执行它的任务。关于NASA的一件事，
我认为农业非常有趣的是，我们都依赖它，对吧？但是从事农业的人数却如此之少，我们大多数人根本没有与之互动。你有没有发现世界上大多数人对农业有什么误解？
是的，我认为首先，没有人比农民更关心可持续性了。你知道，当所有这些气候问题开始发生时，气候智能型农业等等，我立刻就想，好吧，农民必须拥有它，因为他们是将要实施的人。他们是了解自己农场的人。你知道，他们在那里。所以它必须从那里开始。部分原因是推动了
我们一点，你知道，不，他们驱动需求，因为如果他们不接受，如果他们无法实施，它就不会成功。对。因此，这些小型农民群体非常关心可持续性。农业界的担忧是
因为他们人数如此之少，所以当他们放眼于自己的社区之外时，他们似乎只看到媒体上关于农业正在做的事情的坏事。
我的承诺之一是确保所有故事都被发表出来。嘿，让我们展示所有正在发生的好事，你如何维持水资源，这在几十年来是如何改进的，无论是水的可用性还是水质。
我们如何能够用更少的人口养活世界和国家，而对农业社区的支持却不多。所以，你知道，我的承诺，我认为NASA的承诺是与他们接触，对他们诚实，并且，你知道，与他们成为合作伙伴。当你谈到想要分享这些经历时，
关于农业的积极故事。我们都应该了解一个具体的例子吗？现在即将上线的一个例子是，许多人都知道奥加拉拉蓄水层，你知道，它位于我们中部平原州的西部，以及我们对地下水的依赖程度，以及我们的担忧。我们经历了一次又一次的干旱。我们对水的需求更多。
降雨量更不可预测，NASA参与其中。事实上，如果你看看这些大型政策，他们在实地已经意识到，我相信，你不会在没有NASA的情况下获得这些大型问题的可持续解决方案。我们随着时间的推移进行监测的能力
了解如果你实施一项政策，我们就能评估它是否正在改善或没有改善。以及真正将NASA能够提供的技术和科学融入这些解决方案的能力。它也是各州、农民，
各机构共同为一个共同的事业而努力。我们经常这样做。我认为人们并不经常看到这一点。你知道，我们真的正在努力寻找一个主要问题的解决方案，这个主要问题影响着我们所有人，因为，你知道，那是小麦带。你知道，这是我们农业产业的一个巨大组成部分，包括作物和牲畜。我们需要找到一个解决方案，并且
是的，我们都在共同努力去做。所以我认为这是一个精彩的故事。
那么，当你去看的时候，你和农民们实际上掌握了哪些数据呢？你能给我一个关于现有数据的入门介绍吗？让我们回到70年代。我们对收获前后发生的事情有很好的了解。所以当作物完全成熟，叶子成熟时，你可以看到……
并评估将要收获的作物。现在，我所看到的是你真的在倒退。现在我们可以看到，好吧，作物是如何随着时间的推移发展的？更进一步，甚至在作物露出地面之前，你就有土壤水分了。我们已经有了很好的土壤水分测量结果。在接下来的几个月里，当我们发射NISAR卫星时，我们将拥有更好的测量结果。
所有这些时间，我们还增加了更好的波段，以便我们了解种植的作物类型。我们有更好的模型。所以它真的从能够评估收获时的这一点开始，好吧，粮食供应将会是什么？现在我们可以开始预测它了。现在我们可以开始对它发生之前的情况有更好的了解了。
很快我们将对害虫和疾病进行更多研究。所以现在你去，是的，这种作物不健康。为什么不健康？是因为它没有足够的水吗？你知道，是否存在营养问题？是否存在害虫和疾病问题？对于农民和行业来说，了解如何管理这些都是重要的因素。在那些产量为50%的日子里，
收获，就像，那很好。这是一个关键信息，但农民会说，我已经知道了，你知道，我明白了。所以现在我们能够开始获得对农民的决策流程更有用的信息。你如何从太空中实际看到所有这些东西？我的意思是，我们正在谈论收获时可用的东西、作物生长、土壤水分、昆虫和害虫等等。你实际上在看什么告诉你这些？
是的，很简单。你知道，你和我都看到的东西显然是在可见光谱中，对吧？RGB，红色、绿色、蓝色在这些波段中。这给我们提供了一些信息。我们可以判断植物是否为绿色或非绿色。这显然是健康的指标。但在所有这些发生之前，例如，植物死亡、衰老或受疾病影响之前，
植物在我们用眼睛看到之前就已经做出了反应。农民可以到那里去看植物，他们可以判断植物是否卷曲，他们可以在植物层面理解。现在从太空，我们可以用
更多我们看不到的东西的波段来做得更好一些。因此，植物正在发出不同类型的能量信号，你可以说这些信号为我们的农学家、我们的作物专家提供了指标，嘿，它没有足够的水，或者，嘿，它患有某种疾病。
同样，我们现在可以从微波和雷达光谱的不同波段观察土壤，以了解地表土壤的水分含量。
将其与我们对地下水运动的一些测量结果联系起来，这是我们如何测量重力并评估地下含水层变化的另一个主题。所有这些信息都可以输入水文学家用来真正确定，你知道，什么。
地表油水分是多少，根区和以下的水分是多少。因此，美国干旱监测中心获得了所有这些信息。所以它真的能够利用我们都在红色、绿色、蓝色这个小区域看到的电磁波谱
NASA可以利用并观察超出这个范围的东西，我们看不到的东西。你之前还提到过发射的地球卫星拥有最初用于研究火星和金星的技术，对吧？在您所使用的数据类型中，您是否知道其他例子，人们
这种仪器或这种技术是用来研究天体物理学的东西的，而现在我们正在将其用于这种工作？我们许多最初的地形测绘技术都来自月球测绘。
在NASA，我们已经能够如此完善这些系统、这些测量，然后我们发现了事物和做事的方法，我们可以将它们应用于地球。我刚才谈到的这个天线是一个雷达天线。因此，它的重要性在于他们已经弄清楚了如何在太空中做到这一点。
你知道，我们在NASA地球科学部门自己开发的许多东西，我们都在地球上用机载系统和传感器在地面上开发。然而，有些东西来自，你知道，NASA在行星系统中所做的事情，他们已经测试过了。嘿，我们知道这在这些太空环境中有效，这太棒了。
能够拥有这种遗产和血统，所以我们可以确信这将要发射。这就是为什么我们的许多卫星都成功了，因为有了这种血统。所以你拥有所有这些数据和科学知识。然后你实际上多久直接与农民互动一次，比如拜访他们？所以我现在可以说我们一直在与他们合作。我定期与他们会面，并带来领导。每年至少一次，我们会出去，我们称之为太空农业之旅。所以我们会去美国农业的一个地区。去年，我们在伊利诺伊州、纽约州的葡萄产业。我们去过中西部、大平原，我们只是称之为倾听之旅。我们只是去倾听。
倾听他们要说的话，与农民交谈，看看他们在做什么，看看他们的技术，他们是如何实施的，他们对卫星数据的看法。你知道，你从中得到了你想要的东西吗？这始终是一个很好的问题，因为你对这个问题有很多不同的想法。
所以这是每年一次将更多领导带入其中并进行更正式互动的一种方式。但是，是的，现在我们的目标是始终与农业社区保持联系。我想知道是否有一件事。
成功的故事真正浮现在你的脑海中？你知道，当你结束一天的工作，离开这里，关掉灯，你说，伙计，这感觉真好。这就像我们团队擅长做的事情一样。我想到的是一个名为Open ET的项目，它多年来一直在发展，以支持灌溉管理。这是一个毫无疑问的成功。
随着时间的推移，我们也学到了很多东西。但当我们与西部的水资源管理者合作时，我们也直接遇到了一个问题。他们说，头号问题是用水。根本没有
可靠的测量。我们说，嘿，还记得我刚才谈到的Landsat任务，Landsat 1吗？好吧，Landsat任务有一个热波段可以进行蒸腾作用，这基本上帮助我们了解植物的需水量。因此，它可以为植物提供适量的水。所以它给了我们一个信号，让农民能够只提供适量的水。保持产量，但不要太多或太少。
如果我让你闭上眼睛，想象一下农业的未来，特别是您所使用技术和数据的未来，你会看到什么？哦，上帝，我一直在考虑这个问题。所以我不用闭上眼睛。我们拥有的愿景实际上是农民能够，无论是通过他们的手机、他们自己在地面上拥有的数据系统，他们都可以轻松地在线访问我们的数据。
你知道，无论是通过模型，还是通过算法，就像现在他们去气象频道看天气一样，你知道。但现在他们手中有一个管理系统。他们没有放弃任何东西。他们没有分享他们的数据。他们的数据正在向他们而来。所以这是我们数据系统的一个巨大挑战，要以这样一种方式获取这些数据，以便他们可以访问它。这是一个带宽问题。
但对我来说，这就是梦想。这就是我们应该拥有的愿景，因为它真正赋予农民最好的数据、最好的信息。这就是我梦寐以求的。我认为技术已经远远超出了我们访问和利用它的能力。我认为真正能够利用这项技术来访问农民的数据是我的梦想。
我们都生活在地球上，显然，但像你这样的NASA科学家和NASA项目经理只是以我们大多数人无法看到的方式看待这个星球。如果你能分享一件人们不知道的关于我们家园星球的事情或认为理所当然的事情……
那会是什么？当你看到整个地球，你会说，哇，如果我们在全球某个地区发生危机，并且它只袭击了一个相对较小的地区，比如一个州，那会如何波及整个系统，以及拥有这些信息有多么重要，因为我们想要能够说，听着，如果有什么东西有危险，
当乌克兰和俄罗斯战争爆发时，我们就是这样做的。那是世界上那个地区的粮仓，并提供了大量数据。突然之间，就像，哦，我的天哪，如果这些食物没有出口到这些国家，那么选择是什么？你意识到，哦，你知道，
没有很多选择。你知道，你意识到，好吧，你不能改变很多东西，但我们拥有信息，我们应该至少能够提供某种形式的信心和弹性，嘿，
这就像一场战争游戏。我在军队服役，你可能以前听过这些事情，你会说，嘿，如果这里发生了一些事情怎么办？我们从哪里获得食物？你知道，这一切是如何运输的？你知道，谁会回应？但这就是你保持准备的方式，对吧？如果没有人这样做，那么你就会措手不及。没错。没有人明白。你必须拥有数据才能做到这一点，并且拥有正确的数据才能做到这一点。是的。
我们询问我们与之交谈的每个人的一件事是，你还有什么好奇之处？哦，天哪。是的，我就是那种人，我几乎总是感到惊讶。我和我们的科学家一起参加这些会议，他们只是用他们正在做的事情让我不知所措。这就是我的好奇心所在。这在NASA经常发生。是的，是的，是的。我不……但是……
我的好奇心回到了数据系统方面。我回到我的军事训练，它总是你的技术、你的武器，或者无论什么，都远远超过了你实施它们的能力。他们总是领先一步。所以我查看我们所有的数据、我们的技术和我们的能力，有时我们似乎在几十年历史的流程中实施它们。是的。
我们西部的供水系统，所有这些都是基于我们当时掌握的技术建造的。
就在那时。那么我们现在可以在一个小规模的测试案例中做到这一点，并说这就是它可能的样子，并展示可能性。我们无法推动这些政策和许多这些系统，这不是NASA的任务范围，但我认为我们可以测试它们，并展示一个也许其他人无法展示的未来的图像。是的。酷。好吧，这令人兴奋。这令人鼓舞。
对我来说是的。非常感谢你，布拉德。这真的很有趣。哦，谢谢。这是一次很棒的谈话。我真的很享受。布拉德·多恩是NASA应用科学部门农业项目经理。如果您想了解更多关于NASA如何将地球数据传递给最需要它的人的信息，您可以在AppliedSciences.NASA.gov上找到更多信息。
非常感谢您收听我们到目前为止的地球系列节目。我们去过海洋，今天我们有机会在陆地上稍微晾干一下，下周我们将飞向空中。敬请期待NASA如何解决威胁地球上生命的地球大气层之谜的故事。这是NASA的好奇宇宙。我们的地球系列节目由雅各布·平特和克里斯蒂安·埃利奥特撰写和制作。我们的执行制片人是凯蒂·科宁斯。克里斯托弗·金是我们的节目主持人。
我们的主题曲由System Sounds的Matt Russo和Andrew Santaguida创作。特别感谢NASA地球科学团队，包括Mike Karlowitz和Ginger Butcher。1979年关于Landsat的电影片段由马里兰州公共电视台提供。如果您喜欢本期NASA的好奇宇宙节目，请告诉我们。我们喜欢听取您的想法，所以请随时留下您的评论。
您可能有一个住在地球上并依赖在这个星球土地上种植的农作物的朋友。为什么不把这一集发送给他们，让他们了解更多关于我们都称之为家的蓝色弹珠的信息呢？记住，您可以在您最喜欢的播客应用程序中关注NASA的好奇宇宙，以便在我们发布新剧集时收到通知。3、2、1。这是一个官方的NASA播客。NASA喷气推进实验室，加州理工学院