美國宇航局公布未來拯救地球的19項太空計劃

　　2018年05月03日 08:51 新浪科技

　　

　　新浪科技訊 北京時間5月3日消息，據國外媒體報道，當多數人談及美國宇航局時，他們會自然地聯想到地球之外的宇宙空間。美國宇航局讓人們聯想到人類進入太空、登陸月球，或者乘坐宇宙飛船。從科學角度來看，我們會聯想到遙遠宇宙中的恆星、星雲和星系，以及太陽系內部和外部的行星。但是美國宇航局有4個主要科學目標——天體物理學、行星科學、太陽物理學和地球科學。近年來，科學家對地球科學高度關注，這也是應當值得重視的科研項目。從太空角度，我們能從地面角度無法獲得的方式觀測系內行星及其特徵，我們在地球上所面臨的挑戰，從自然到人類創造的，都需要我們去理解是怎樣發生的，何時發生，以及產生怎樣的影響。美國宇航局和地球科學研究項目對於人類成功太空航行，以及未來將面臨的氣候考驗都是至關重要的。

　　就科學而言，我們還沒有完全理解行星地球的複雜系統。地球大氣層、表面、水域、冰層，以及複雜方式交互的活生物體，它們形成一個簡單的連接系統。伴隨著地球發生變化，無論是自然因素還是人為因素，我們只有一個期望來理解最佳行動方案：科學地調查這些系統。只有當我們對行星地球有了科學認識，以及所有這些相互關聯因素如何響應自然和人類誘發變化時，我們才能成功地預測氣候、天氣和其它自然威脅和危害。

　　美國宇航局地球科學部的主要職能是指揮和協調人造衛星和空中任務，從而儘可能更多地觀測地球。其中包括：地球陸地表面、生物圈、大氣層、海洋和冰蓋等。氣象報告中的衛星圖像、地球溫度測量、大氣層氣體濃度、植被視圖、雲層覆蓋、冰蓋和冰川增多和消融等方面，它們都依賴於美國宇航局的地球科學項目。關於地球變化存在著一些基本的科學問題，同時如果沒有變化的科學原理，就無法做出明智的決策方案。

　　這就是為什麼在未來幾年裡，美國宇航局地球科學部必須為未來的19個科學計劃提供充足的資金。未來研究的地球生態系統的準確信息是無可替代的，在這種情況下，地球生態系統使人類能夠繁衍生息，這些科學任務是必須確保按計劃進行的，如果我們不希望掌握到相關事實，就無需將資金投入其中，但從某種意義上講，這是拯救地球的19個科學方案。

　　夜間、白天和季節性二氧化碳排放主動監測計劃（ASCENDS）：該計劃將測量地球大氣層中二氧化碳數量，不分季節、緯度、白天和黑夜，以及氣壓和溫度的變化。其採用的太空儀器設備可進行獨立的飛行任務，也可以作為大型地球天文台的一個組成部分。

　　氣候絕對輻射和折射天文台（CLARREO）：這個長期太空任務將監測地球各種輻射特徵，其中包括：反射陽光，從而更好地理解和量化地球氣候，以及分析地球氣候如何變化。這將產生歷史上最精確可信的氣候記錄。

　　

　　空間站生態系統熱量輻射計實驗（ECOSTERSS）：植物在有利條件下生長需要多少水分？它們能感受到壓力嗎？ECOSTERSS儀器設備將測量植物溫度，它們需要多少水，以及它們如何應對環境壓力。這是農業和食品安全所需的重要信息。

　　全球生態系統動態勘測計劃（GEDI）：從太空角度測量地球表面所發生變化是非常有利的，但更好的是了解地球表面和生物圈的3D結構，這就是GEDI計劃所要做的。這個高解析度激光測距系統可以精確測量高度、垂直結構，以及林冠的表面高度，並能對我們提供關於碳和水循環的重要信息。GEDI計劃將提供缺失的「3D結構」，從而更好地獲得森林管理、水資源、天氣預報等信息。

　　GRACE-FO衛星：這是GRACE衛星的後續產品，計劃今年5月19日發射，該衛星計劃將跟蹤地球冰蓋、冰川、湖泊和河流、海平面和地下蓄水情況，如果我們能跟蹤分析地球水資源，那麼我們就能更好地了解和確定地球整個水循環系統。這顆衛星的觀測數據將造福於地球所有人類。

　　ICESat-2衛星：ICESat-2衛星全稱是「冰層、雲層和陸地海拔觀測2號」衛星，這顆衛星每秒可脈衝發射1萬次激光，一次釋放大約20萬億個光子。每一次脈衝發射，大約有12個光子返回ICESat-2衛星，這足以非常精確地測量冰原、冰川、海冰等。冰凍圈是地球上冰凍區域，也是美國宇航局地球科學研究的重點。

　　

　　聯合極地衛星系統（JPSS-2）：JPSS-2衛星系統在地球極地軌道運行，獲取全球天氣和氣候現象。這是減輕自然災害的最直接方法，例如：我們可以超精確地預測卡特里娜颶風。據悉，2005年，美國宇航局就開始運行第一顆JPSS系統衛星——JPSS-1，該衛星一直運行至今，是人類有史以來最好的氣象勘測設備。對地球的觀測覆蓋面積取決於持續性發展和發射後續JPSS衛星，平均每間隔5年時間會發射一顆衛星。如果2023年不發射JPSS-2衛星，我們將很難覆蓋性觀測地球。

　　Landsat-9衛星：高質量、全球、陸地成像衛星是我們了解地球陸地的最重要工具之一。自上世紀70年代初以來，Landsat衛星項目一直提供大量地球高空照片，Landsat-9衛星是美國可持續性陸地成像計劃的一部分，預計將於2020年發射，繼續完成Landsat衛星項目不可替代的地球表面勘測任務。如果沒有Landsat衛星，我們就無法對地球土地利用做出充分的信息決策。

　　極地操作環境衛星系統（POES）——MetOp-C衛星：POES衛星系統是美國宇航局和歐洲航天局的一個聯合項目，其中包括即將發射的MetOp-B衛星的後續衛星MetOp-C，該衛星有5個勘測儀器，可測量反射太陽能、輻射熱能、地球輻射帶強度、海洋表面溫度、大氣臭氧、雲層高度和覆蓋範圍，以及大氣層水蒸汽狀況等。MetOp-C衛星是最新的後續衛星，要求實現對地球的覆蓋觀測。

　　北大西洋氣溶膠和海洋生態系統研究（NAAMES）：怎樣的過程式控制制海洋作用？海洋如何影響大氣氣溶膠、短暫物質、雲層和整體氣候？船隻、飛行器、人造衛星和原位海洋感測器將組合解答這些問題，基於NAAMES任務，我們將更好地掌握到如何管理海洋，評估和預測海洋生態系統發生的變化。

　　

　　NISAR任務：這是美國宇航局和印度空間研究組織（ISRO）的一個合作項目，將勘測地球變形表面，確定地震、火山噴發和山崩的可能性，同時，監控地下水、隔離二氧化碳，以及確定地球非人類生物量對全球碳排放的貢獻。

　　美國宇航局軌道碳觀測3號儀（OCO-3）：你如何使用精度、解析度和覆蓋範圍來測量大氣層中的二氧化碳，觀察一年之內時間和空間範圍二氧化碳指數的變化情況？它有3個高解析度光柵光譜儀，能夠收集太空區域的大氣二氧化碳。該設備將安裝在國際空間站日本模塊暴露實驗設備（JEM-EF），它將便於我們使用現有陸基和高空儀器與太空儀器進行對比分析。當涉及二氧化碳，對地球環境二氧化碳指數變化的掌握是至關重要的。

　　格陵蘭島海洋融化任務（OMG）：冰蓋不僅僅是上層融化，而是在下層也出現融化。隨著格陵蘭島周圍大陸架水溫變化首次被測量，格陵蘭島海洋融化任務通過測量格陵蘭島海面之下冰層融化延伸，將更好地評估海平面上升狀況。該任務將改善海底關鍵區域深度和外形的測量數據。

　　

　　雲層氣溶膠觀測和交互任務（ORACLES）：ORACLES可以說是人類有史以來最糟糕的首字母縮寫，但是該任務將測量人類污染的一個重要組成部分：燃燒生物量的影響，尤其是在非洲大陸。這些氣溶膠形成於燃燒生物量，將會在大西洋東南部雲蓋匯聚，大西洋是「氣候散熱器」。美國宇航局承認稱，正如政府間氣候主化委員會（IPCC）最新研究報告所強調的，氣候模型中全球代表性氣溶膠雲層交互進程對於評估未來氣候具有最大不確定性。

　　浮游生物、氣溶膠、雲層、海洋生態系統衛星（PACE）：該衛星整體科學目標是更好地理解海洋和大氣層如何交換二氧化碳，同時也將揭曉氣溶膠是如何促進海洋表層浮游植物的生長。此外，它還將確定藻類繁殖的範圍和持續時間，並繪製出各種類型的海洋葉綠素產物。通過擴大和延伸美國宇航局的長期觀測，它有望更好地理解地球生物圈和氣候的關鍵組成部分。

　　水面和海洋測繪衛星（SWOT）：SWOT衛星是美國、法國、英國和加拿大的一個聯合項目，該衛星將覆蓋全球提供河流、湖泊、水庫和海洋至關重要信息，對地球全覆蓋觀測需要11天時間。它標誌著從太空首次對地球淡水進行全面觀測，這顆衛星將於2021年發射，拍攝海洋的圖像解析度是現今性能最佳人造衛星的10倍。

　　

對流層污染排放監測儀（TEMPO）：對流層污染排放監測儀將於2019年由地球同步通信衛星攜載升空，它將每小時、以高空間解析度測量整個北美洲的污染情況。這是迄今發射此類首個監測儀器，用於收集臭氧、二氧化氮和其它污染物的信息，所有這些都以改善我們的空氣質量預報為目標，實現從未達到的水平。

　　

　　降水結構和風暴強度時間解析觀測衛星群（TROPICS）：地球熱帶高緯地區是地球最具毀滅性風暴形成的區域，同時，該區域需要時間解析觀測，從而告訴我們多少熱量和水在整個風暴生命周期流動。在近地軌道總共有3個立方體衛星群，它將每兩秒掃描一次衛星軌道，聚焦觀測氧氣、水蒸汽、降水和雲冰。我們希望增強圖像解析度、可配置覆蓋範圍，並以低成本實現可靠性。

　　美國宇航局整體和光譜太陽輻射照度感測儀（TSIS-1）：該感測儀是設計用於測量太陽整體輻照度和太陽輻射照度光譜（不同波長），它將用於取代2003 SORCE飛船上過時的TIM儀器。美國宇航局公布了一份長達40年的完整全太陽輻照度數據記錄，預計TSIS-1感測器將於今年晚些時候將在國際空間站上運行。

　　

　　適應一個變化世界的關鍵不僅僅是個人行為，而且還包括全人類，要求我們使用最好的工具和信息處理。這意味著要關注地球正在做的事情，無論是自然的還是人為的，使用最佳數據來驅動我們的政策決定。這19個未來太空任務代表著美國宇航局地球科學短期和中期發展路線圖，目前每個任務都在按步驟繼續推進，只要未來不出現意外的裁減，都將在不久的未來實現。（葉傾城）