NISAR：監測地球變化每一吋的衛星奇蹟

NISAR，這項即將展開的地球衛星任務，由美國國家航空暨太空總署（NASA）與印度太空研究組織（ISRO）合作推出，勢必會為我們監測地球表面的方式帶來革命性的改變。NASA成立於1958年，負責美國的民用太空計畫以及航空航天研究，在太空探索方面貢獻卓著，像阿波羅登月任務、太空實驗室以及太空梭計畫等。

NISAR將運用先進的合成孔徑雷達（SAR）技術，捕捉極為細緻的影像。它能追蹤冰原、森林的變化，甚至能察覺因地震引發的地表微小位移。在接下來的幾個月裡，NASA和ISRO準備發射這一具有開創性的地球觀測衛星NISAR（NASA-ISRO合成孔徑雷達）。這顆先進的衛星將拍攝地球表面極為清晰的影像，能探測到陸地和冰面小區域內精準到極小幅度的移動。

NISAR每12天就會對地球近乎所有的固體表面進行兩次掃描，這將為我們深入瞭解地球隨時間的變化提供寶貴資訊。它可以在地震等自然災害前後追蹤地殼的移動，監測冰川和冰原的活動，還能觀察生態系統的改變，包括森林的生長和砍伐情況。

NISAR卓越的能力源於其採用的合成孔徑雷達（SAR）技術，這是NASA率先應用於太空領域的精密技術。SAR的原理是在衛星繞軌執行時，整合多次雷達測量資料，從而創造出地球表面的高解析影像。不同於傳統雷達利用微波探測遠方物體，SAR強化了資料處理能力，能提供更清晰、更精準的影像，極其詳細地呈現地表特徵。

若不使用SAR技術，要達到同樣的細節程度，雷達衛星所需的天線將龐大到難以發射，更不用說運作了。NISAR展開時寬達39英尺（12公尺）的雷達天線反射器，就如同城市公車一般長。然而，若使用傳統雷達技術，要讓任務中的L波段儀器拍出解析度達到30英尺（10公尺）的地球畫素影像，天線直徑得長達12英里（19公里）。

曾在2001年至2016年擔任NASA噴射推進實驗室（JPL）主任的Charles Elachi表示：「合成孔徑雷達能讓我們非常精準地細化觀測事物。NISAR任務將為我們開啟全新的領域，幫助我們把地球作為一個動態系統去深入瞭解。」Elachi於1971年從加州理工學院畢業後加入JPL，當時他所在的工程團隊正研發一種雷達，用於研究金星表面。當時和現在一樣，雷達的魅力在於它能晝夜收集測量資料，且能穿透雲層。該團隊的研究成果促成了1989年的麥哲倫金星探測任務，以及NASA的幾次太空梭雷達任務。

軌道雷達的運作原理和機場追蹤飛機的雷達相同。太空天線向地球發射微波脈衝，當脈衝碰到物體，比如火山錐，就會散射。天線接收反射回來的訊號，儀器會測量訊號的強度、頻率變化、返回所需的時間，以及是否從多個表面反射，如建築物。

這些資訊能幫助探測物體或表面的存在、距離和速度，但解析度太低，無法生成清晰影象。1952年在固特異飛機公司首次提出的SAR技術，解決了這一問題。JPL的NISAR專案科學家Paul Rosen說：「這是一種從低解析度系統建立高解析度影像的技術。」

雷達在執行時，其天線持續發射微波並接收地表的回波。由於儀器相對於地球在移動，返回訊號的頻率會有微小變化，這被稱為都卜勒頻移，就如同消防車靠近時警報聲調升高，離開時降低的原理一樣。

對這些訊號的電腦處理就如同相機鏡頭重新引導和聚焦光線以拍出清晰照片。運用SAR技術，航天器的軌跡形成「鏡頭」，處理過程會對都卜勒頻移進行調整，使回波能整合為一幅清晰聚焦的影像。

一種基於SAR的視覺化成果是干涉圖，它由不同時間拍攝的兩幅影像合成，透過測量回波延遲的變化揭示差異。對外行來說，干涉圖的多色同心條紋可能看起來像現代藝術作品，但這些條紋顯示了地表移動的幅度：條紋越密集，移動幅度越大。地震學家利用這些視覺化成果測量地震引發的地表變形。

另一種SAR分析方法稱為極化測量，它測量返回波相對於發射訊號的垂直或水平方向。從建築物等線性結構反射的波傾向於以相同方向返回，而從樹冠等不規則特徵反射的波則以另一方向返回。透過繪製返回訊號的差異和強度，研究人員可以識別某一地區的土地覆蓋型別，這對研究森林砍伐和洪水情況很有幫助。

這些分析方式都是NISAR幫助研究人員更好理解影響數十億人生活的各種過程的範例。印度艾哈邁達巴德太空應用中心ISRO科學團隊的共同負責人Deepak Putrevu表示：「這項任務匯集了廣泛的科學研究，共同目標是研究不斷變化的地球以及自然災害的影響。」