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美国宇航局公布未来拯救地球的19项太空计划

2018-05-03

  新浪科技讯 北京时间5月3日消息,据国外媒体报道,当多数人谈及美国宇航局时,他们会自然地联想到地球之外的宇宙空间。美国宇航局让人们联想到人类进入太空、登陆月球,或者乘坐宇宙飞船。从科学角度来看,我们会联想到遥远宇宙中的恒星、星云和星系,以及太阳系内部和外部的行星。但是美国宇航局有4个主要科学目标——天体物理学、行星科学、太阳物理学和地球科学。近年来,科学家对地球科学高度关注,这也是应当值得重视的科研项目。从太空角度,我们能从地面角度无法获得的方式观测系内行星及其特征,我们在地球上所面临的挑战,从自然到人类创造的,都需要我们去理解是怎样发生的,何时发生,以及产生怎样的影响。美国宇航局和地球科学研究项目对于人类成功太空航行,以及未来将面临的气候考验都是至关重要的。

  就科学而言,我们还没有完全理解行星地球的复杂系统。地球大气层、表面、水域、冰层,以及复杂方式交互的活生物体,它们形成一个简单的连接系统。伴随着地球发生变化,无论是自然因素还是人为因素,我们只有一个期望来理解最佳行动方案:科学地调查这些系统。只有当我们对行星地球有了科学认识,以及所有这些相互关联因素如何响应自然和人类诱发变化时,我们才能成功地预测气候、天气和其它自然威胁和危害。

  美国宇航局地球科学部的主要职能是指挥和协调人造卫星和空中任务,从而尽可能更多地观测地球。其中包括:地球陆地表面、生物圈、大气层、海洋和冰盖等。气象报告中的卫星图像、地球温度测量、大气层气体浓度、植被视图、云层覆盖、冰盖和冰川增多和消融等方面,它们都依赖于美国宇航局的地球科学项目。关于地球变化存在着一些基本的科学问题,同时如果没有变化的科学原理,就无法做出明智的决策方案。

  这就是为什么在未来几年里,美国宇航局地球科学部必须为未来的19个科学计划提供充足的资金。未来研究的地球生态系统的准确信息是无可替代的,在这种情况下,地球生态系统使人类能够繁衍生息,这些科学任务是必须确保按计划进行的,如果我们不希望掌握到相关事实,就无需将资金投入其中,但从某种意义上讲,这是拯救地球的19个科学方案。

  夜间、白天和季节性二氧化碳排放主动监测计划(ASCENDS):该计划将测量地球大气层中二氧化碳数量,不分季节、纬度、白天和黑夜,以及气压和温度的变化。其采用的太空仪器设备可进行独立的飞行任务,也可以作为大型地球天文台的一个组成部分。

  气候绝对辐射和折射天文台(CLARREO):这个长期太空任务将监测地球各种辐射特征,其中包括:反射阳光,从而更好地理解和量化地球气候,以及分析地球气候如何变化。这将产生历史上最精确可信的气候记录。

  空间站生态系统热量辐射计实验(ECOSTERSS):植物在有利条件下生长需要多少水分?它们能感受到压力吗?ECOSTERSS仪器设备将测量植物温度,它们需要多少水,以及它们如何应对环境压力。这是农业和食品安全所需的重要信息。

  全球生态系统动态勘测计划(GEDI):从太空角度测量地球表面所发生变化是非常有利的,但更好的是了解地球表面和生物圈的3D结构,这就是GEDI计划所要做的。这个高分辨率激光测距系统可以精确测量高度、垂直结构,以及林冠的表面高度,并能对我们提供关于碳和水循环的重要信息。GEDI计划将提供缺失的“3D结构”,从而更好地获得森林管理、水资源、天气预报等信息。

  GRACE-FO卫星:这是GRACE卫星的后续产品,计划今年5月19日发射,该卫星计划将跟踪地球冰盖、冰川、湖泊和河流、海平面和地下蓄水情况,如果我们能跟踪分析地球水资源,那么我们就能更好地了解和确定地球整个水循环系统。这颗卫星的观测数据将造福于地球所有人类。

  ICESat-2卫星:ICESat-2卫星全称是“冰层、云层和陆地海拔观测2号”卫星,这颗卫星每秒可脉冲发射1万次激光,一次释放大约20万亿个光子。每一次脉冲发射,大约有12个光子返回ICESat-2卫星,这足以非常精确地测量冰原、冰川、海冰等。冰冻圈是地球上冰冻区域,也是美国宇航局地球科学研究的重点。

  联合极地卫星系统(JPSS-2):JPSS-2卫星系统在地球极地轨道运行,获取全球天气和气候现象。这是减轻自然灾害的最直接方法,例如:我们可以超精确地预测卡特里娜飓风。据悉,2005年,美国宇航局就开始运行第一颗JPSS系统卫星——JPSS-1,该卫星一直运行至今,是人类有史以来最好的气象勘测设备。对地球的观测覆盖面积取决于持续性发展和发射后续JPSS卫星,平均每间隔5年时间会发射一颗卫星。如果2023年不发射JPSS-2卫星,我们将很难覆盖性观测地球。

  Landsat-9卫星:高质量、全球、陆地成像卫星是我们了解地球陆地的最重要工具之一。自上世纪70年代初以来,Landsat卫星项目一直提供大量地球高空照片,Landsat-9卫星是美国可持续性陆地成像计划的一部分,预计将于2020年发射,继续完成Landsat卫星项目不可替代的地球表面勘测任务。如果没有Landsat卫星,我们就无法对地球土地利用做出充分的信息决策。

  极地操作环境卫星系统(POES)——MetOp-C卫星:POES卫星系统是美国宇航局和欧洲航天局的一个联合项目,其中包括即将发射的MetOp-B卫星的后续卫星MetOp-C,该卫星有5个勘测仪器,可测量反射太阳能、辐射热能、地球辐射带强度、海洋表面温度、大气臭氧、云层高度和覆盖范围,以及大气层水蒸汽状况等。MetOp-C卫星是最新的后续卫星,要求实现对地球的覆盖观测。

  北大西洋气溶胶和海洋生态系统研究(NAAMES):怎样的过程控制海洋作用?海洋如何影响大气气溶胶、短暂物质、云层和整体气候?船只、飞行器、人造卫星和原位海洋传感器将组合解答这些问题,基于NAAMES任务,我们将更好地掌握到如何管理海洋,评估和预测海洋生态系统发生的变化。

  NISAR任务:这是美国宇航局和印度空间研究组织(ISRO)的一个合作项目,将勘测地球变形表面,确定地震、火山喷发和山崩的可能性,同时,监控地下水、隔离二氧化碳,以及确定地球非人类生物量对全球碳排放的贡献。

  美国宇航局轨道碳观测3号仪(OCO-3):你如何使用精度、分辨率和覆盖范围来测量大气层中的二氧化碳,观察一年之内时间和空间范围二氧化碳指数的变化情况?它有3个高分辨率光栅光谱仪,能够收集太空区域的大气二氧化碳。该设备将安装在国际空间站日本模块暴露实验设备(JEM-EF),它将便于我们使用现有陆基和高空仪器与太空仪器进行对比分析。当涉及二氧化碳,对地球环境二氧化碳指数变化的掌握是至关重要的。

  格陵兰岛海洋融化任务(OMG):冰盖不仅仅是上层融化,而是在下层也出现融化。随着格陵兰岛周围大陆架水温变化首次被测量,格陵兰岛海洋融化任务通过测量格陵兰岛海面之下冰层融化延伸,将更好地评估海平面上升状况。该任务将改善海底关键区域深度和外形的测量数据。

  云层气溶胶观测和交互任务(ORACLES):ORACLES可以说是人类有史以来最糟糕的首字母缩写,但是该任务将测量人类污染的一个重要组成部分:燃烧生物量的影响,尤其是在非洲大陆。这些气溶胶形成于燃烧生物量,将会在大西洋东南部云盖汇聚,大西洋是“气候散热器”。美国宇航局承认称,正如政府间气候主化委员会(IPCC)最新研究报告所强调的,气候模型中全球代表性气溶胶云层交互进程对于评估未来气候具有最大不确定性。

  浮游生物、气溶胶、云层、海洋生态系统卫星(PACE):该卫星整体科学目标是更好地理解海洋和大气层如何交换二氧化碳,同时也将揭晓气溶胶是如何促进海洋表层浮游植物的生长。此外,它还将确定藻类繁殖的范围和持续时间,并绘制出各种类型的海洋叶绿素产物。通过扩大和延伸美国宇航局的长期观测,它有望更好地理解地球生物圈和气候的关键组成部分。

  水面和海洋测绘卫星(SWOT):SWOT卫星是美国、法国、英国和加拿大的一个联合项目,该卫星将覆盖全球提供河流、湖泊、水库和海洋至关重要信息,对地球全覆盖观测需要11天时间。它标志着从太空首次对地球淡水进行全面观测,这颗卫星将于2021年发射,拍摄海洋的图像分辨率是现今性能最佳人造卫星的10倍。

  对流层污染排放监测仪(TEMPO):对流层污染排放监测仪将于2019年由地球同步通信卫星携载升空,它将每小时、以高空间分辨率测量整个北美洲的污染情况。这是迄今发射此类首个监测仪器,用于收集臭氧、二氧化氮和其它污染物的信息,所有这些都以改善我们的空气质量预报为目标,实现从未达到的水平。

  降水结构和风暴强度时间解析观测卫星群(TROPICS):地球热带高纬地区是地球最具毁灭性风暴形成的区域,同时,该区域需要时间解析观测,从而告诉我们多少热量和水在整个风暴生命周期流动。在近地轨道总共有3个立方体卫星群,它将每两秒扫描一次卫星轨道,聚焦观测氧气、水蒸汽、降水和云冰。我们希望增强图像分辨率、可配置覆盖范围,并以低成本实现可靠性。

  美国宇航局整体和光谱太阳辐射照度传感仪(TSIS-1):该传感仪是设计用于测量太阳整体辐照度和太阳辐射照度光谱(不同波长),它将用于取代2003 SORCE飞船上过时的TIM仪器。美国宇航局公布了一份长达40年的完整全太阳辐照度数据记录,预计TSIS-1传感器将于今年晚些时候将在国际空间站上运行。

  适应一个变化世界的关键不仅仅是个人行为,而且还包括全人类,要求我们使用最好的工具和信息处理。这意味着要关注地球正在做的事情,无论是自然的还是人为的,使用最佳数据来驱动我们的政策决定。这19个未来太空任务代表着美国宇航局地球科学短期和中期发展路线图,目前每个任务都在按步骤继续推进,只要未来不出现意外的裁减,都将在不久的未来实现。(叶倾城)

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