地球素颜照，能真实展现地球样貌吗？
地球素颜照，能真实展现地球样貌吗？
日本气象卫星向日葵8号发回的地球照片。图片来源：日本气象厅
12月24日，国内媒体报道了这样一张“地球素颜照”，声称这是一张“未经任何颜色修饰前，地球最原始样貌的照片”。部分内容摘录如下：
台湾东森新闻网12月24日援引英国《每日邮报》报道称，气象卫星向日葵8号在10月7日升空，近日在距离地球35790千米处拍下影像，超高解析度细腻呈现了云朵、海洋、沙漠等细节，更是第一张未经任何颜色修饰前，地球最原始样貌的照片。
过去民众印象中，水蓝色的地球其实是美国太空总署利用色彩校正处理过的照片，和向日葵8号拍下的灰色地球有很大的不同。不过，这张所谓“真实色彩”照片，指的并不是人类肉眼观看的影像，而是呈现地球在太空中的真实样貌。
看到这则新闻，有不少网友开始上纲上线，认为之前我们熟悉的“蓝色弹珠”原来是“皇帝的新衣”，真正的地球原来是这样一颗“暗黑星球”，甚至戏称“地球需要买一台美颜相机”。
著名的“蓝色弹珠”地球照片。图片来源：NASA
仅从这则新闻中提供的高度35790千米来看，拍下这张照片的卫星是一颗同步气象卫星。也就是说，它环绕地球的公转周期与地球的自转周期相等，因此可以不间断地向地面输送地球表面某个地区的照片。中国的风云2号也是这样的卫星。
顺便说一下，用于气象观测的卫星还有极轨卫星，一般在离地面720至800千米的轨道上运行，它们的轨道通过地球的南北极，而且它们的轨道是与太阳同步的，也就是说，它们每天两次飞越地球表面上的一个点，而且总是在同一个钟点。当然，极轨卫星无法获得实时的气象观测数据。
站得高，看得远。在同步卫星轨道拍摄一张地球的照片，理论上没有问题。但问题在于，“未经任何颜色修饰的地球照片”是否就能代表“地球最原始样貌的照片”呢？答案是否定的。
我们先来学习一个知识。瑞利散射，由英国物理学家瑞利的名字命名，指半径比光或其他电磁辐射的波长小很多的微小颗粒对入射光束的散射，散射系数与波长的4次方成反比。空气分子的半径远小于可见光的波长，因此在白天，当太阳光经过大气层时，会与空气分子发生瑞利散射。由于蓝光的波长比较短，瑞利散射比较激烈，被散射的蓝光布满了整个天空，从而使天空呈现蓝色。大气中的瑞利散射对可见光影响较大，对红外的影响很小，对微波基本没有多大影响。
由于遥感卫星大多在地球大气层之外，大气中对光线照成的散射，必然会使得进入遥感器的光线有所损失，使暗色物体表现得比它自身要亮，使亮物体表现得比它自身要暗，总体效果是降低了遥感影像的对比度和清晰度。其中，可见光中波长较短的光，比如蓝光和紫光，表现得尤为明显，一方面被大气散射得太多，进入遥感器的能量不足，另一方面大气散射的颜色又降低了目标地物的反差。即使有专门蓝色波段的遥感器，其蓝色光的能量也是非常不足的，因此在遥感照片中常用红外波段来弥补这个不足，构成三色图像，就是我们常见的那种显示森林为红色的图像。
但是，在这则新闻中，这张图像似乎是要还原地球的本来颜色，那么就是用可见光波段合成。对于蓝色光不足的照片，显然就像电脑RGB投影机中B针脚接触不良的投影效果，整体上表现出灰暗的色彩，大致与这张地球照片类似。
因此，对遥感照片，不进行后期处理，根本就不是地球最原始样貌的照片，而是遮挡了部分颜色光线的照片。为了还原地球本来的面貌，就必须对有些颜色进行增强处理，得到“蓝色弹珠”那样的照片，这才是地球真实的素颜照，仍然是美丽的蓝色星球，不用怀疑。
原文刊载于科学网，经作者授权转载，有删改。（编辑：Steed）