NASA冰探測衛星即將升空：跟蹤融化的極地冰

　　2018-09-13 09:51:51　來源: 科技日報社-中國科技網 (北京)

　　

　　NASA的冰探測衛星ICESat-2（藝術概念圖）。圖片來源：《自然》網站

　　今日視點

　　本報記者 劉 霞

　　在地球上，人類活動導致的氣候變化造成的後果正在顯現：北極海冰在消失，格陵蘭島和南極洲的冰蓋融化使海平面加速上升。然而近十年來，美國國家航空航天局（NASA）一直缺乏專用衛星來測量極地冰層厚度的變化。不過，隨著耗資10億美元的冰、雲和陸地高程衛星（ICESat-2）即將發射升空，這一現狀將成為過去。

　　據英國《自然》雜誌官網9月10日報道，ICESat-2利用激光工作，觀測精度可達0.5厘米，它將重點測量格陵蘭島和南極洲等地冰層厚度的變化，同時也收集有關森林生長和雲層高度的數據。

　　十年磨一劍

　　《自然》雜誌稱，NASA計劃於15日從加州范登堡空軍基地，利用「德爾塔2」（Delta 2）火箭，將ICESat-2送入太空。

　　該衛星旨在跟蹤冰層厚度的季節和年度變化，精度在0.5厘米以內，這一解析度高於之前的任何高程監測衛星。它將在地球表面500公里之上的軌道運行，並在未來3年內每3個月一次覆蓋全球。

　　據美國科羅拉多州國家冰雪數據中心的冰川學家泰德·斯卡姆波介紹，ICESat-2任務是ICESat-1（於2010年結束任務）的繼任者。十年磨一劍，科學家於2008年構想了這顆最新的衛星，但其上的高級地形激光測高儀系統（ATLAS）歷時5年才研發完成。此外，金屬支架意外膨脹導致用於放大激光的晶體破裂，修復它們並解決其他複雜問題不僅使預算增加了數億美元，也使本應於2016年進行的發射延遲到今年。

　　比「前輩」更能幹

　　斯卡姆波介紹，ATLAS令ICESat-2「如虎添翼」，可以獲得比「前輩」ICESat-1更精確的圖像。ATLAS每秒發射1萬個激光脈衝，通過測量這些脈衝中的光子從衛星傳播到地球表面並返回的時間來測算高度。返回越快，ICESat-2測量的高度越高。頻繁點火意味著每個脈衝相對較弱，為了捕捉微弱的反射，衛星使用一個小望遠鏡將光線漏到敏感的真空管上，這些真空管可以探測到單個光子。

　　此外，ICESat-1使用單束激光，而ICESat-2使用三對平行光束，使其能同時沿多個路徑掃描且解析度更高；ICESat-1沿著軌道每隔150米讀取一次讀數，而ICESat-2每隔70厘米就記錄一次高度。ICESat-2的更高解析度使其能獲得地球冰層地形的細粒度視圖，而且，隨著時間的推移，它將揭示冰的變化，這些變化可以為構建預測模型提供信息。

　　科羅拉多大學博爾德分校冰川學家瓦利德·阿卜杜拉蒂是最早提出ICESat-2任務的科學家之一，他說：「我們關心海冰萎縮或增長的速度，因為它會影響海洋與大氣之間的能量交換，進而影響海洋環流、大氣環流、天氣和與氣候有關的現象。」

　　NASA的ICESat-2項目科學家湯姆·瓦格勒則表示，最終，他們希望了解引導這些冰變化的過程和氣候驅動因素。一旦科學家們知道是什麼促使地球冰層發生這些變化，他們就可以利用這些信息來更好地預測變化的劇烈程度。

　　劍指極地冰蓋

　　據《科學》雜誌報道，ICESat-2的首要任務是揭示東南極冰蓋（地球上最大的冰蓋）的秘密。極端寒冷和高海拔被認為可以保護它免受嚴重的冰損失，但科學家們想要了解降雪、不斷融化的冰和不斷移動的基岩是如何導致海拔微小變化的。這顆衛星也將能夠窺視南極半島峭壁的情況，儘管這一峭壁體積很小，但仍占該大陸冰川損失的四分之一。

　　歐洲空間局（ESA）的冰層探測科研衛星冷星-2（CryoSat-2）也在密切關注極地冰的變化情況。但英國利茲大學冰川學家、CryoSat-2首席科學顧問安德魯·謝潑德指出，CryoSat-2的雷達波束太寬，無法對南極半島崎嶇山峰中的冰進行精確測量。

　　科學家們還將使用ICESat-2監測冰蓋的接地線，在這些地方，釋放到海洋的冰川會自由漂浮在基岩上並變成冰架，這些冰架很容易被溫暖的海水從下面融化，導致內陸接地線下降。由於南極洲基岩的碗狀地形，冰川學家擔心下降會加速導致冰層迅速坍塌。

　　如果一個冰架即將坍塌入海，科學家們希望能立即開展觀測活動。布法羅大學遙感冰川學家比塔·阿索正在探索如何在早期預警系統中使用ICESat-2提供的數據，該早期預警系統可以近乎實時而非一年或兩年之後監測突然融化事件。

　　此外，ICESat-2還可以追蹤森林生長的變化，這是碳增加或減少的關鍵指標。當研究人員將這些數據與來自其他地球監測衛星（如測量臭氧、空氣質量或土壤濕度的衛星）提供的信息相結合時，可對影響冰、海洋和氣候的全球過程獲得更全面的了解。

　　ICESat-2還將與CryoSat-2聯手測量覆蓋陸地和海冰的雪。由於激光從雪中反射，而雷達從下方的冰中反射，結合兩顆衛星的測量值可以幫助調查人員將雪與冰分開，進一步精確了解冰層厚度變化。

　　華盛頓大學冰川學家彼得·內夫說：「這就是我們真正需要的東西，如果我們不理解驅動變化的過程，我們真的無法清楚地了解未來幾十年可能會繼續發生的事情。」

　　（科技日報北京9月12日電）