NASA将利用红外光谱仪研究全球气候变化
2018-02-10 19:30:36   来源:麦姆斯咨询   评论:0   点击:

据麦姆斯咨询报道,美国国家航空航天局(NASA)已经选择了两项新的创造性研究计划,以开发小型的太空仪器。这些太空仪器旨在解决关于地球及我们生存环境的基本问题。

为什么北极变暖的速度要快于地球其它地区?矿物粉尘是否会使大气变暖或变冷?

了解我们居住的复杂且正在变化的地球,它如何支撑生命,以及未来人类活动如何影响的能力,是人类面临的最大挑战之一。这也是社会谋求繁荣、健康和可持续发展时所面临的重大挑战之一。

麦姆斯咨询报道,美国国家航空航天局(NASA)已经选择了两项新的创造性研究计划,以开发小型的太空仪器。这些太空仪器旨在解决关于地球及我们生存环境的基本问题。

远红外实验中的极地辐射能(PREFIRE)将发射一对小型CubeSat卫星,来探测地球发出的辐射能量,并研究其中未知部分,以寻找关于北极变暖、海冰减少和冰层融化的原因。威斯康星大学麦迪逊分校(the University of Wisconsin, Madison)的Tristan L'Ecuyuer是该项研究的首席研究员。

这张2011年的复合卫星图像展现了北极海冰(中)和格陵兰冰原(右下)的景象

这张2011年的复合卫星图像展现了北极海冰(中)和格陵兰冰原(右下)的景象

地球表面矿物粉尘来源调查(EMIT)将使用安装在国际空间站外部的太空仪器,来测定那些产生世界各地沙尘气溶胶的天然矿物组成。EMIT通过详细检测构成粉尘的矿物成分,有助于回答“该类气溶胶是否为大气变暖或变冷的元凶”这个基础性问题。坐落于美国加州帕萨迪纳市的NASA喷气推进实验室(Jet Propulsion Laboratory, JPL)的Robert Green是该调查的首席研究员。

这张2003年的卫星图像展现了一大片沙尘从撒哈拉沙漠吹出,并经过大西洋上空

这张2003年的卫星图像展现了一大片沙尘从撒哈拉沙漠吹出,并经过大西洋上空

上述两项新的创造性研究计划是从NASA第四次“地球探险仪器”(Earth Venture-Instrument)的14项提案中脱颖而出的。地球探险(Earth Venture, EV)调查是小型且有针对性的科学调查,用于补充NASA的大型任务计划。美国国家研究委员会(National Research Council)在2007年建议NASA采用这种“定期征求、以科学为基础、快速周转的项目”方案。该委员会近期发布的十年调查报告建议该方案应继续实施。

目前运行的NASA地球科学任务

目前运行的NASA地球科学任务

位于华盛顿的NASA地球科学部主任Michael Freilich说:“PREFIRE和EMIT创新地利用NASA为行星任务首次开发的技术,来解决关于地球的重要且长期存在的问题。”

北极通过将来自低纬度地区吸收的过剩太阳能向太空辐射,从而调节地球的整体温度。当前的卫星仪器无法检测到地球辐射能量的所有波长。PREFIRE将填补目前在远红外波段的数据空白,该波段收集到的信息将帮助科学家们判断:上述地球辐射对北极地区能量平衡的影响。

注:流体的运动在大气中借助对流、季风等现象,将热带地区过剩的热量传送至高纬度地区。在海洋中,则大多借助洋流达到同样的效果。地球表面约70%为海洋,该比例在热带地区更高。因此低纬度地区过剩的太阳辐射能量,大多储存于海面下约100公尺深的海洋混合层中,借助洋流将能量往高纬度传送。

PREFIRE将发射两颗搭载微型热红外光谱仪的CubeSat卫星,每颗卫星相当于一块面包大小。该光谱仪基于先前的NASA火星勘测轨道飞行器(Mars Reconnaissance Orbiter, MRO)上的火星气候探测器(Mars Climate Sounder)而设计。CubeSat卫星将绕地球两极轨道飞行,测量远红外辐射,并记录该辐射在一天中和不同季节的变化情况。这些观测结果将使科学家们能够评估:地球大气层顶部热红外辐射的变化与云层和地表条件变化的相关性,比如冰面上的海冰量和融冰量。

PREFIRE团队汇集了遥感技术、地球系统建模和北极冰等领域的多位专家。JPL与美国犹他州北洛根的空间动力学实验室(Space Dynamics Laboratory)是本项计划的合作伙伴。

空气粉尘颗粒的成分在很大程度上是未知的,但它却是决定矿物粉尘是否对大气产生冷暖效应的关键因素。科学家们目前还没有一份全球天然矿物粉尘的来源清单。因此,粉尘对天气、大气环流以及地球环境其它方面的影响尚未得到充分证实。

EMIT的高光谱仪将通过测量由沙漠表面和其它粉尘来源的矿物发出的不同波长的光,来确定其成分。该高光谱仪部分参考一款NASA月球矿源绘图仪(Moon Mineralogy Mapper instrument)而设计,该绘图仪搭载于印度太空研究组织(Indian Space Research Organisation)的Chandrayaan-1航天器。

EMIT团队汇集了包括矿物测量、土壤科学、地表特性遥感技术和地球系统建模在内的广泛专业人士。该计划的建模部分将利用收集到的数据来增进我们理解大气粉尘对地球气候的影响,并更好地预测未来将如何变化。

地球探险任务为地球科学研究提供了一套创新的方法,以适应新兴科学的优先事项。这些任务由NASA地球系统科学探路者计划(Earth System Science Pathfinder program)统一管理,该部门位于弗吉尼亚州汉普顿的NASA兰利研究中心(Langley Research Center),也是该中心的科学任务理事会(Science Mission Directorate)。

图为全球生态系统动态调查(GEDI)激光雷达,预计于2019年5月发射

图为全球生态系统动态调查(GEDI)激光雷达,预计于2019年5月发射

第一批前往太空的地球探险仪器正准备明年(2019年)发射。全球生态系统动态调查(Global Ecosystem Dynamics Investigation, GEDI)和空间站生态系统天基热辐射实验(ECOsystem Spaceborne Thermal Radiometer Experiment on Space Station, ECOSTRESS)将从空间站测量全球植被的分布、树冠高度及变化,为“水资源和其它环境的变化、人为因素对森林和生态系统的影响”提供深入的见解。

图为空间站生态系统天基热辐射实验(ECOSTRESS)概念图,预计于2019年发射

图为空间站生态系统天基热辐射实验(ECOSTRESS)概念图,预计于2019年发射

NASA利用太空的有利位置来增进我们对地球家园的了解,改善我们的生活,保障我们的未来。NASA开发了创新的方法,利用长期的数据记录,来观察和研究地球上相互关联的自然系统。NASA自由分享这些独特的知识,并与世界各地的机构合作,为地球正在发生的变化提供新见解。

延伸阅读:

《非制冷红外成像技术与市场趋势-2017版》

《红外LED和激光器技术、应用和产业趋势》

《红外新闻》-2017年下半年刊

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