Řekněme, že jste na pustém ostrově a hledáte zakopaný poklad. Ztratili jste mapu a došly vám stopy. Nyní máte dvě možnosti: můžete chodit s lopatou, náhodně kopat díry a doufat v to nejlepší, nebo můžete létat nad hlavou s dronem vybaveným speciálními kamerami, které „vidí“ pískem nebo detekují magnetickou sílu cenných mincí.
Nejedná se o pirátský krok, ale o existující technologii zvanou dálkový průzkum. To je to, co inženýři a vědci používají k mapování zdrojů Země, aniž by se kdy dotkli země. Jejich satelity a drony mění způsob, jakým lidé chápou naši planetu, od sledování zdraví lesa až po hledání vody hluboko pod zemí.
Co je to dálkový průzkum Země?
Naše oči vidí pouze viditelné světlo, např. barvy duhy. Ale Slunce vyzařuje mnoho jiných typů elektromagnetické energie, které nevidíme, jako je infračervené a ultrafialové světlo.
Všechno na zemi, včetně kamenů, vody, stromů atd., tyto energie odráží jinak. Odrazy se nazývají spektrální podpisy; jsou něco jako otisky prstů materiálů, ze kterých jsou tyto předměty vyrobeny.
Studiem tohoto světla se senzor nainstalovaný na palubě satelitu může podívat na kousíček země a říci: „To odráží hodně blízkého infračerveného světla, ale pohlcuje červené světlo. Proto to musí být zdravá rostlina.“ To je základní myšlenka dálkového průzkumu Země.
Jak „vypadají“ různé materiály?
Farmáři a lesní strážci používají satelity ke kontrole zdraví rostlin. Zdravé listy jsou plné chlorofylu, který absorbuje červené světlo pro fotosyntézu a odráží blízké infračervené světlo, aby nedošlo k přehřátí.
Vědci používají vzorec nazvaný normalizovaný rozdílový vegetační index k určení, zda je rostlina zdravá na základě jejích spektrálních znaků. Pokud satelit pozoruje vysoký odraz blízkého infračerveného záření, jsou plodiny zdravé. Pokud odraz této části spektra klesne, rostliny mohou mít žízeň nebo nemocné.
Podle recenze zveřejněné v Journal of Plant Ecology v roce 2008 mohou výzkumníci pomocí analýzy spektrálních signatur rozlišit mezi různými rostlinnými společenstvími a druhy stromů v celých lesích.
Takové mapování je prvním kritickým krokem při výpočtu biomasy lesa, který v podstatě váží stromy z vesmíru, abychom pochopili, kolik uhlíku ukládají v boji proti změně klimatu.
Jak satelity mapují vodu?
K mapování vodních útvarů z vesmíru vědci používají hlavně dvě doplňkové techniky: optické indexování pomocí odraženého slunečního světla a radar se syntetickou aperturou využívající aktivní rádiové vlny.
Technika optického indexování využívá skutečnosti, že voda odráží viditelné zelené světlo, a proto hluboká voda často vypadá modrozeleně, ale silně absorbuje blízké infračervené a krátkovlnné infračervené světlo. Tyto hodnoty jsou sloučeny v normalizovaném diferenčním vodním indexu (NDWI).
Tímto způsobem má index v datech dálkového průzkumu vysokou kladnou hodnotu nad vodními útvary a zápornou hodnotu nad pevninou. Novější verze nazvaná modifikované NDWI nebo MNDWI používá pouze krátkovlnné infračervené světlo. To je často preferováno ve městech, protože to lépe rozlišuje mezi vodou a stíny vrhanými vysokými budovami.
Optické kamery mají samozřejmě slabinu: nevidí přes mraky ani v noci. K mapování vody v těchto podmínkách, včetně povodní během bouře, používají vědci radar se syntetickou aperturou (SAR). Chcete-li pochopit, jak tato technologie funguje, podívejte se Hinduisté článek „V čem je satelit NASA-ISRO SAR tak výjimečný?“ z 27. července 2025.
V pohledu SAR vypadají povrchy jako půda, tráva a budovy – které rozptylují rádiové vlny do všech směrů – jasně. Klidná voda je však velmi hladká, téměř jako zrcadlo a vypadá jako černočerná. Takže hledáním těchto černých shod na radarovém snímku mohou vědci zmapovat povodňové vody i přes cyklón.
Satelity mohou také odhadnout kvalitu vody. Kalná voda odráží světlo jinak než čistá voda a voda plná řas má specifický spektrální podpis. To pomáhá ochráncům životního prostředí sledovat znečištění nebo škodlivé květy řas.
Tolik k útvarům nad zemským povrchem; jak vědci a inženýři používají satelity k nalezení toho, co je pod zemí?
Jak satelity mapují podpovrchové prvky?
Odborníci hledají stopy na povrchu nebo využívají různé druhy fyziky.
Cenné minerály jako měď, zlato a lithium se často tvoří hluboko pod zemí, ale geologické síly některé z nich vytlačují na povrch po miliony let. I když jsou to jen stopy v půdě, hyperspektrální senzory je mohou najít.
Když sluneční světlo dopadne na objekt, odrazí se. Normální kamera může seskupit tento odraz do kombinace tří hlavních barev: červené, zelené a modré, např. hyperspektrální senzor používá hranol nebo mřížku k rozdělení tohoto světla na stovky velmi úzkých, spojitých barev a měří intenzitu světla na každé jednotlivé frekvenci napříč spektrem.
Výsledkem je, že tyto senzory mohou vytvořit spektrální podpis pro každý pixel v obrázku.
Takže zatímco ‚normální‘ satelit se může podívat na les a říct: „Tohle je zelený. Je to strom“, hyperspektrální senzor by se mohl podívat na stejný les a říct: „Toto je banyán. Má nedostatek dusíku. A skála vedle je vápenec, ne žula.“
Podle studie z roku 2023 v Recenze rudné geologiegeologové také používají tyto senzory k mapování zón změn, oblastí, kde teplo a tekutiny z hlubokého podzemí změnily chemii povrchových hornin.
Ropa a plyn jsou uvězněny hluboko v zemi, ale malá množství často unikají nahoru velmi malými trhlinami, což je proces nazývaný mikroprosakování. Když se tento plyn dostane na povrch, změní chemismus půdy a může dokonce lehce zežloutnout listy rostlin tím, že je vystresuje.
Satelity dokážou detekovat tyto jemné změny ve zdraví vegetace a barvě půdy, což dává průzkumným společnostem představu, kde mají vrtat.
Co když nedochází k mikroprosakování?
Pokud nedochází k prosakování, neexistuje způsob, jak by senzory satelitů mohly „vidět“ ropu nebo plyn přímo. Satelity jsou však v těchto situacích stále klíčové, protože geologové místo hledání ropy používají satelity k hledání nádoby s ropou.
Ropa a plyn neleží jen ve velkých podzemních jezerech, jsou také uvězněny v pórech hornin a obvykle jsou přirozeně stlačeny do specifických tvarů, kterým se říká pasti. Nejběžnější pastí je antiklinála, kde se vrstvy hornin zakřivují vzhůru jako kupole nebo oblouk.
Satelity Landsat NASA nebo japonský senzor Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer (ASTER) na palubě satelitu NASA Terra pořizují snímky odkrytých vrstev hornin na zemském povrchu. A pokud geologové vidí na povrchu vrstvy, které jsou složené do tvaru kupole, je velká šance, že jsou složené stejně hlouběji pod zemí.
Další technika využívá skutečnosti, že ropa vzniká, když jsou organické materiály pohřbeny hluboko a „vařeny“ zemským teplem po miliony let. To se děje v hlubokých prohlubních nazývaných sedimentární pánve.
Nad oceány měří satelity výšku mořské hladiny s neuvěřitelnou přesností. Velké podmořské geologické struktury, které mohou obsahovat lapače ropy, mají gravitační sílu, která nad nimi ve skutečnosti hromadí vodu. Zmapováním těchto hrbolků v oceánu mohou vědci zmapovat skalní struktury pod mořským dnem.
Ropa se nachází v sedimentární hornině, jako je pískovec nebo vápenec, který obecně není magnetický. Podkladová hornina hluboko pod ní, jako je žula nebo vulkanická hornina, je však magnetická. Satelity tedy měří magnetické pole země, aby zjistily, kde je magnetická základna velmi hluboko.
A tam, kde je suterén hluboký, to znamená, že by na něm mohla být silná vrstva usazených hornin s vyhlídkou na ropu. Ve skutečnosti, když nedochází k mikroprosakování, satelity nemohou říci „tady je ropa“, ale spíše, že „je zde geologická struktura schopná zadržovat ropu“.
Jak satelity sledují podzemní vodu?
Protože voda je těžká, velká podzemní vodonosná vrstva má ve skutečnosti silnější gravitační sílu než suchá hornina.
Od roku 2002 do roku 2017 provozovala NASA svou misi Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) se dvěma satelity, které se navzájem pronásledovaly po Zemi. Když vedoucí satelit přeletěl nad těžkou podzemní zvodněnou vrstvou, gravitace jej přitáhla o něco rychleji, čímž by se změnila vzdálenost mezi dvěma satelity.
Měřením této změny vzdálenosti mohli vědci vážit vodu pod zemí.
Jedna slavná studie z roku 2009 zveřejněná v Příroda použila data GRACE, aby ukázala, že hladiny podzemních vod v severní Indii klesaly alarmujícím tempem, protože byly těženy k zavlažování plodin.
Díky dálkovému průzkumu je průzkum zdrojů rychlejší, levnější a šetrnější k životnímu prostředí. Místo vrtání tisíců děr, abychom našli ropu nebo vodu, se můžeme zaměřit na konkrétní oblasti.
Pomáhá nám také chránit zdroje: sledováním lesů a vodonosných vrstev z vesmíru můžeme zajistit, že je nespotřebováváme rychleji, než je příroda dokáže doplnit.
