人感觉不舒服时,只测量体温是不够的,还需做全面的检查。地球也和人一样,地球上的环境问题,只做短时间的、孤立的、分散的观测很难做出准确无误的判断,无法采取有效措施来治理环境和防治各种灾害。那就由童乐福科学网给同学们带来这个趣味环境科学故事:未来的环境监测会是怎样的——应用机器人治理环境和防治灾害。
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要对地球进行全面观测,就要观测陆地、海洋、生物、大气等方方面面,各个角落都要观测到,还要尽可能地长期观测,不间断地观测才行。要完成这项任务只能靠航天器了,因为它站得高,望得远!但卫星只能装备小型仪器,不能安装大型天线和巨型望远镜,卫星上没有航天器对接系统,上天后很难给它加注燃料,维修、更换零部件和更换设备,所以卫星的寿命只有几年,不能做长期观测研究。在这种情况下,美国在20世纪80年代,联合欧洲空间局、加拿大、日本等国,开始积极研制对地观测系统。它由科学研究计划、航天观测系统和数据信息系统三大部分组成。它的航天观测系统具有航天器对接平台,航天飞机从地面上起飞,到达轨道后和它对接起来,就能为它加注燃料、修换部件等。它的容积也大,能装载多种大型观测设备。它采集的数据比目前航天器所采集的数据多1000倍。好几个对地观测平台在近年来已陆续发射升空,组成了一个完整的地球环境监测系统。
对于环境污染,假如我们不亲自到污染现场去直接进行监测或采集样品带回实验室分析测定,就不可能知道那里的环境有没有受到污染或受什么污染、污染程度如何。然而,有些污染物,如放射性污染物,致癌、致畸、致突变污染物和其他有毒有害物质,这些统统叫作危险废弃物,对人体有害。受危险废弃物污染的地方,如果研究人员也亲自到那里去调查、采样、完成分析监测,很容易受到毒害,除非具有特殊的防护措施。那么还有没有别的好办法呢?
现在让机器人深入“虎穴”,工作人员只要坐在安全的地方,遥控指挥机器人,照样可以准备分析测定环境中的危险废弃物。例如,探测分析放射性污染物就可让机器人来完成。人们把一种叫作“感兴耦合等离子体-原子发射光谱仪”的监测仪器安装在汽车上,研究人员驱车到场地后,指令机器人采集地上、地下以及空气中的样品,然后由坐在汽车里的研究人员在车上完成测试。这是利用机器人采集分析的最初阶段。
科学家们并不满足于此,他们的目标是研究人员不进入现场,只坐在1千米以外的安全地带,在遥控车上指挥机器人,让机器人完成全部来样、分析过程,发现问题及时解决,直到获得满意的结果。
机器人既然可以探测危险物质,探测非危险物质就更容易了。让机器人到深海去,分析测定深海的水质,把机器人用直升飞机带到高山顶上以及其他人迹罕至的地方,可以获得环境资料,以便更好地管理环境。
总之,机器人在未来环境监测方面,将会大显身手。
学科展望:
21世纪,对地观测以及在其基础上发展起来的数字地球正在成为全球最具挑战性和广泛带动性的高科技领城之一,其发展水平是一个国家科学技术、经济实力和国家安全保障能力的综合体现。2007年,我国也组建了由卫星遮感中心、航空進感中心、空间数据中心和数字地球科学实验室等机构组成的对地观测中心。
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