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“天宫二号”探测大气层的“天眼”有咱吉林造

核心提示:“天宫二号”探测大气层的“天眼”有咱吉林造

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    就在中秋节那天,中国天宫二号空间实验室发射成功,开启了太空之旅。

    那你知道吗?

    “天宫二号”探测大气层的“天眼”就是由中国科学院长春光学精密机械与物理研究所(简称长春光机所)和中国科学院大气物理研究所(简称大气物理所)共同承担研制的。

    18日,记者采访了长春光机所的相关人员,让大家对“天宫二号”探测大气层的“天眼”有个全方位了解。

    对了,它的全名叫:紫外临边成像光谱仪。

    紫外临边成像光谱仪由谁设计和研制?

    紫外临边成像光谱仪由长春光机所和大气物理所共同承担的。长春光机所作为载荷承研单位,负责完成紫外临边成像光谱仪关键技术攻关、载荷研制与辐射定标研究;大气物理所承担应用研究,负责建立适用于紫外辐射光谱特征的高精度快速正演模拟系统和相应反演方法。

    中国科学院空间应用工程与技术中心作为空间应用系统总体部,对紫外临边成像光谱仪研制和应用提供了全面的指导和技术支持。

    紫外临边成像光谱仪是做啥用的?

    地球被一层神秘的大气包围着,大气的组成、分布与我们地球的生存环境息息相关,特别是臭氧、二氧化硫、二氧化碳、一氧化碳、气溶胶等一些大气痕量气体更是影响地球环境及气候变化等的主要因素。紫外临边成像光谱仪是在天宫二号上建立的“天眼”,执行在地面上不可能实现的观测大气痕量气体含量、分布及其变化的任务,对监测大气状态、研究气候变化及成因、保护地球生态环境具有极其重要的意义。

    为啥在天上安置个紫外临边成像光谱仪?

    从太空看地球,地球如同包裹着一件光亮的外衣,显得神秘而美丽,这件神秘的外衣便是大气层。大气层下接地球、海洋及生物圈,上连受太阳活动影响的磁层和电离层,是地球气候与环境的主要载体和活动舞台,更是我们人类唯一的生存空间,对它的研究和保护关乎每个人的生活。

“天宫二号”探测大气层的“天眼”有咱吉林造

  地球大气层           

“天宫二号”探测大气层的“天眼”有咱吉林造

  从太空中看到的地球

    人眼只能感觉到可见光,看到的大气是透明的,我们看不到大气的变化,看不到是不是有些地方的臭氧层已经被破坏了,不能保护我们了,更看不到有多少有害气体如妖魔鬼怪般潜伏在大气层中准备伺机而动。而大气在紫外光谱下会被除去隐身的外衣,组成和变化被看得清清楚楚、暴露无遗。

    大气中的臭氧层在离地面约20到30公里处,它在地球上空形成一把保护伞,它将太阳光中99%的紫外线直接过滤掉,有效避免地球生物被紫外线伤害,但也正是这层臭氧阻碍了我们紫外仪器在地面上对臭氧层以上的大气层进行探测,因此我们需要在地球上边安置洞悉大气的“天眼”——紫外临边成像光谱仪,在太空对地球大气进行“层析”式探测研究。

“天宫二号”探测大气层的“天眼”有咱吉林造

“天宫二号”探测大气层的“天眼”有咱吉林造

    臭氧层是地球的保护伞

    这“天眼”不仅能看到人眼所能看到的可见光,更将视野扩展到人眼所不能及的紫外光,在她的注视下,大气中的一切都无所遁形。通过“天眼”,我们可以看到整个大气层的密度、臭氧、气溶胶、有害气体等的垂直分布(每层的分布)及其变化,同时还能监测中层大气的状态与扰动,我们可以了解太阳活动、大气与地球天气及气候的关系,同时还能观测全球环境变化,这一切对于科学和人类生活都非常重要。

    紫外临边成像光谱仪在轨如何工作?

    紫外临边成像光谱仪有两套“天眼”,一个叫“前向”,一个叫“环形”。同时对地球大气层进行天底和临边探测。

    “前向天眼”视线对准地球临边切线方向上某高度范围的大气,测量临边探测路径上单次和多次散射的太阳光谱辐射,通过反演计算从而获取地球临边大气散射光谱辐亮度。地球临边大气散射光谱辐亮度随临边高度的变化反应了大气痕量气体的垂直分布信息。由于“前向天眼”对地球临边大气进行了切片式探测,因此可以获得很高的垂直分辨率。

“天宫二号”探测大气层的“天眼”有咱吉林造

    地球临边大气观测            紫外临边成像光谱仪的“前向天眼”

    “环形天眼”具备同时对天底大气和临边大气多方位探测的功能。假如将大气层比作一处美景,天底观测便如在它头顶盘旋的小鸟,能看到的是轮廓和总量,而临边观测则相当于仪器与地球边缘大气并肩而立,可以细致欣赏品味它的层次美(高垂直分辨率)。“环形天眼”能获得臭氧、二氧化氮、气溶胶等大气痕量气体在同一临边高度上的多方位分布信息,通过反演计算可以获取大气痕量气体多方位的时空分布,进而为大气环境监测和大气科学研究等提供服务。 

“天宫二号”探测大气层的“天眼”有咱吉林造

  紫外临边成像光谱仪的“环形天眼”           环形观测

    利用紫外光谱临边探测数据,可获取高时空覆盖和高垂直分辨率的图像和数据信息,获取整层大气密度、臭氧分布和气溶胶等微量成分的垂直结构及三维分布二级产品L2A。

    紫外临边成像光谱仪有多先进?

    1) 首次将我国空间紫外光谱遥感拓展到紫外成像光谱探测领域

    中国科学院长春光机所早在2002年发射的神舟三号飞船上就成功搭载了“太阳紫外光谱监视器”,完成了空间紫外光谱遥感仪器的关键技术验证及反演算法等的科学研究,并在此基础上发展了风云三号01、02批气象卫星的紫外光谱遥感仪器,目前已成功应用并业务运行。

    目前我国风云三号卫星在轨运行的紫外遥感仪器仅限于探测光谱信息,而天宫二号紫外临边成像光谱仪将空间紫外光谱遥感拓展到紫外成像光谱探测领域,具有空间和光谱双重信息,可以更高分辨率、更深层次地研究大气特性。

    2) 我国首次实现空间紫外临边大气探测

    我国风云三号卫星在轨运行的紫外遥感仪器只具备天底观测功能(垂直对地观测),具有很高的空间覆盖范围,仪器通过解译接收到的大气散射光谱,可以获得臭氧等大气成分的总量和廓线。

    临边大气探测同时具有高空间覆盖范围和高垂直分辨率,是目前国际研究的热点和前沿。天宫二号紫外临边成像光谱仪的“环形天眼”不仅具有天底观测功能,而且具备紫外环形三波段临边成像探测功能,“前向天眼”具备紫外-可见-近红外大气临边成像光谱探测功能,是我国大气遥感领域的一项创新。

    3) 国际上首次实现天底探测与多方位临边探测结合进行大气痕量气体遥感

    当前国际上已有的紫外临边探测仪器大多是单个方向(前向),个别有前向和侧向。然而这些探测的明显局限是只能得到一个很窄径迹上的数据,相邻轨道之间有巨大空隙,全球覆盖的时空代表性差,不能获得较密的时空覆盖,不能揭示中小尺度变动特征。就如管中窥豹,可见一斑而难知整体。

    天宫二号紫外临边成像光谱仪将“前向”和“环形”组合探测,实现了垂直对地的天底探测和对地球切线方向的临边多方位探测组合及反演比对,实现了对地球大气的多方位、高光谱、多时空分辨率观测,达到比一般临边探测更高水平的层析反演,在国际上是首创。该项技术验证及科学实验为下一步空间大气临边成像光谱探测的业务化运行奠定了基础,将在大气痕量气体监测、天气预报、空间天气和物理等领域具有广泛的应用。

“天宫二号”探测大气层的“天眼”有咱吉林造

  紫外临边成像光谱仪天底、临边联合观测示意图

    记者 王小野

文章来源:中国吉林网

编辑:吉林在线

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