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美国宇航局微小的卫星将很快在云层中看到彩虹

  • 科学
  • 2019-10-29 16:46:42
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NASA的下一个尝试是绘制影响气候变化和空气质量的大气中看不见的斑点,这是从太平洋的靠窗座位开始的。

马里兰巴尔的摩县大学的教授范德莱·马丁斯(Vanderlei Martins)几年前飞过太平洋,当时他看着窗外,决定拍摄飘过的明亮白云。一时兴起,他拿出了一个类似于太阳镜镜片的偏光镜,并在拍摄照片时在镜头前旋转。马丁斯说:“我看到了云层中的彩虹。”

这种动态的云层思想催生了一颗微型卫星的想法,该卫星将于11月2日从位于弗吉尼亚州Wallops岛的NASA Wallops飞行设施发射到国际空间站。从那里它将被释放到地球轨道。

由美国国家航空航天局(NASA)资助的CubeSat可以收集有关云和气溶胶的重要信息,大气中的细小颗粒可以充当形成云滴和冰粒的核。这些测量将帮助我们更好地了解气溶胶颗粒如何影响天气,气候和空气质量。

超角彩虹旋光仪(HARP)CubeSat大约是面包的大小。这将是在CubeSat上首次放置用于测量光偏振的偏振计的尝试。马丁斯说,HARP可能为未来的NASA任务铺平道路,这些任务包括一群凝视着云层和气溶胶的小卫星。美国国家航空航天局(NASA)的地球科学技术办公室根据地球科学技术的太空验证计划为HARP提供资金。马丁在特派团的主要调查员中。

小型航天器任务特别顾问查尔斯·诺顿说:“ HARP作为第一个多角度广域云气溶胶CubeSat任务,是一个富有创造力和创新能力的团队如何推动大气科学观测新技术的一个很好的例子。”在华盛顿的NASA总部。

可能有彩虹

天然产生的气溶胶,例如火山烟雾,沙漠尘土和海浪,以及人为的气溶胶,例如清除土地的火灾烟雾和燃烧的煤和石油产生的硫酸盐,人眼可能看不见,但它们的存在会雾霾并创造明亮的红色日落。气溶胶会引起哮喘和支气管炎以及更严重的呼吸道疾病,从而导致空气质量差并影响人类健康。

气溶胶还可以通过将太阳光反射回太空并改变云的颗粒(也反射并吸收太阳光)来改变地球的能量平衡。气溶胶反射的光线越多,对大气的冷却就越多。它吸收的光越多,就越温暖大气。通常,较高浓度的气溶胶颗粒会导致更多但更小的云滴,从而使云变亮并阻止其下雨。这些明亮而持久的云能够反射更多的阳光并冷却地球的系统。

进入轨道后,HARP将使用其棱镜将光过滤成四个波长,然后将其旋转到三个偏振角。正如偏光太阳镜可以阻挡明亮的光线以帮助您在晴天看到时一样,HARP可以阻挡某些波长并从多个角度进行观察。这揭示了云和气溶胶的其他隐藏特性,例如大气中气溶胶的数量和类型,以及云内部的水滴或冰粒的大小。马丁斯说:“每次HARP飞越某个地区时,我们都会从多个角度看到该地区。”

巴西圣保罗大学的教授兼科学家Henrique Barbosa说,它还将能够确定气溶胶颗粒所散射的光量。与Martins合作开展HARP和其他项目的Barbosa说:“ HARP将能够提供有关气溶胶微物理特性的更多信息。”

但是,该团队需要从战略上确定HARP何时收集数据,因为这是CubeSat的功能和数据功能有限,Barbosa说。例如,一旦HARP进入轨道,他想让它在亚马逊上收集数据,以进一步了解正在进行的巴西亚马逊雨林大火的影响,这场大火比过去几年更大,强度更大。

亚马逊大火产生的烟雾包括烟灰和气溶胶,它们都会影响天气和气候。从燃烧生物质到清除土地的气溶胶比天然气溶胶小。借助HARP,科学家可以确定云是具有较小的,受污染驱动的液滴,还是具有较大的自然衍生的液滴。Barbosa说,HARP的数据也可以与地面观测和实验相结合,以更好地推断这些结果并揭示更广泛区域的气溶胶过程。

三个HARP

马丁斯可能是从将HARP用作立方体卫星的想法开始的,但是在这颗小型卫星发射之前,它有两个兄弟姐妹:AirHARP和HARP2。

AirHARP使用与HARP相同的旋光仪技术,但在2017年乘坐两架飞机而不是卫星飞行。AirHARP是密歇根湖臭氧测量活动的一部分,该活动涉及NASA UC12飞机,以及Polarimeter和Lidar活动的NASA气溶胶表征。通过NASA高空ER-2飞机在美国获得了气溶胶和云的测量结果。

巴尔博萨谈到AirHARP的飞行时说:“我们能够模拟HARP在太空中的作用。”机载版本帮助Barbosa和Martins开发了程序和算法,最终将帮助下载和消化HARP的数据。

但是,与在设定的飞行路径上的AirHARP不同,HARP不能在太空中一次被控制。巴博萨说:“一旦立方体卫星离开了空间站,它的前进方向将是一切,仅此而已。”地面科学家一旦与轨道HARP接触,便可以预测其轨道,并在想要对特定区域进行测量时打开和关闭它,但是他们无法改变其航向。

另一方面,HARP2将是功能更强大的HARP版本。HARP2将与NASA的浮游生物,气溶胶,云,海洋生态系统(PACE)任务一起飞行,该任务目前正在开发中,并计划改善NASA在全球海洋生物学,气溶胶和云的卫星观测方面超过20年的记录。由于PACE是一台更大的航天器,具有更大的动力能力,并且背后拥有更大的团队,因此HARP2可以一直运行,并且比HARP能够收集更多的科学数据。

“ HARP CubeSat具有完美的时机,”马丁斯说。他继续说:“一旦启动它并从中获取数据,我们将使用这些数据为HARP2做准备。”

最终可以的小立方体卫星

尽管Martins已经在计划HARP的下一次迭代,但是第一次几乎没有发生。

马丁斯说:“我希望获得尽可能多的科学知识。”但是,使用CubeSat收集如此多的数据具有挑战性。“ HARP是我们尝试过的技术密度最高的三单元立方体卫星,”位于犹他州洛根的太空动力学实验室(SDL)的HARP程序经理Tim Neilsen说。马丁斯制造了仪器,而SDL则制造了CubeSat。

随着HARP的发射方法越来越近,看到和研究气溶胶的新机会越来越近,Martins很兴奋,但有点紧张。马丁斯说:“一旦启动,您将无法再使用它了。”

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