分享
Scan me 分享到微信

“天宫二号”搭载的实验载荷有多牛?看看吉林造探测大气层“天眼”

中秋假期,“天宫二号”空间实验室成功发射升空。其中,其搭载的14项实验载荷引发关注。

  泰伯网讯 中秋假期,最受国人关注的除了赏月,还有赏“天宫”。开启太空之旅的“天宫二号”空间实验室即便在节后依然备受关注。近日,有媒体采访到此次升空实验室搭载的“天眼”紫外临边成像光谱仪的研制方,详解这个有大气层探测“天眼”的实验载荷究竟有多牛。

  紫外临边成像光谱仪,谁来设计和研制?

  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。其中,长春光机所作为载荷承研单位,负责完成该成像光谱仪的关键技术攻关、载荷研制与辐射定标研究。而大气物理所承担的是应用研究,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。

  整个设计研制过程,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。

泰伯网
(紫外临边成像光谱仪的“环形天眼”及环形监测演示)

  紫外临边成像光谱仪,用途几何?

  众所周知,我们的地球被一层神秘大气包围。不过,这层大气的组成、分布都与我们地面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。

  怎么才能实现对这些重要气体的观测?这时,紫外临边成像光谱仪就能发挥重要作用。作为天宫二号上搭载建立的“天眼”,它能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。

  紫外临边成像光谱仪,除去大气层的“隐身外衣”

  臭氧层破坏、温室效应……近年来,这些词汇对我们地球居民而言已然不陌生。不过,单靠只能感觉可见光的人眼,无法透视大气层的变化,更不用说了解臭氧层破坏情况,有害气体的潜伏情况。但在紫外光谱下,大气就能被除去“隐身外衣”,其组成变化都将一览无遗。

泰伯网
(大气垂直分层)

  为了避免臭氧层阻碍紫外仪器在地面上对臭氧层以上的大气层进行探测,此次发射升空的“天宫二号”搭载了洞悉大气的“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。

泰伯网
(臭氧层是地球的保护伞)

  “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,在紫外临边成像光谱仪的“检视”下,大气中的一切都无所遁形,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,包括对中层大气状态与扰动的监测等,都能帮助我们了解太阳活动、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。

  紫外临边成像光谱仪,到底有多牛?

  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。

泰伯网
(紫外临边成像光谱仪天底、临边联合观测示意图 )

  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。

  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。

  紫外临边成像光谱仪,如何在轨工作?

  本次升空搭载的紫外临边成像光谱仪共有两套“天眼”:“前向”与“环形”,它们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。

  “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。

  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。(整理|泰伯网 欧阳雯)

参与评论

【登录后才能评论哦!点击

  • {{item.username}}

    {{item.content}}

    {{item.created_at}}
    {{item.support}}
    回复{{item.replynum}}
    {{child.username}} 回复 {{child.to_username}}:{{child.content}}

更多精选文章推荐

泰伯APP
感受不一样的阅读体验
立即打开