NASA结束长达16年的AIM地球高层大气探测任务

美国国家航空航天局（NASA）的中间层冰大气学（AIM）任务（如图）有助于 NASA 了解地球大气层和太空之间的边界区域。资料来源：美国国家航空航天局

AIM 最初的计划任务期限为两年，但由于其科学回报率高而多次延期。虽然 AIM 多年来一直面临着各种障碍--从软件故障到硬件问题--但一支无比敬业的团队让航天器运行的时间远远超出了所有人的预期。2023 年 3 月 13 日，航天器的电池在连续几年性能下降后出现故障。他们曾多次尝试维持航天器的供电，但无法收集到更多数据，因此现在任务已经结束。

科学贡献与发现

位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心的AIM任务科学家迭戈-詹切斯说："AIM致力于研究我们的大气层与太空之间的大气区域。AIM帮助人们了解这一区域，对于深入了解低层大气如何影响空间天气至关重要"。

它们被称为"夜闪云"或"夜光云"，在夏季的黄昏时出现，通常出现在南北两极附近的高纬度地区。在执行这项任务之前，科学家们知道这些类型的云会随着纬度、季节和太阳活动的变化而变化，但不知道原因何在。启动这项任务的目的是通过测量云形成环境的热、化学和其他特性，了解这些变化，研究云形成的原因及其与气候变化的联系。

2011 年 7 月 2 日，加拿大艾伯塔省埃德蒙顿上空出现夜光云。图片来源：NASA/Dave Hughes

"NASA的AIM是一项非常成功的任务，"AIM首席研究员、弗吉尼亚理工大学教授斯科特-贝利（Scott Bailey）说。"它回答了一些核心问题，帮助我们了解夜光云和大气重力波是如何随时间和地点变化的。"

多年来，AIM 取得了许多重大发现。迄今为止，这项任务所获得的数据已发表了近 400 篇经同行评审的论文。其中包括关于流星烟雾和火箭废气中的水蒸气如何产生这些云层、地球表面附近的事件如何引发云层变化以及大气层中的高冰如何导致夏季大气层中某些区域产生神秘的雷达回波等发现。

随着任务的进展，科学家们意识到 AIM 的数据还可以用来研究空气中被称为大气重力波的起伏。这些波在大气层中传播动量和能量。它们将地球表面的天气事件与远离初始事件的大气扰动联系在一起，包括在大气的最上层，在那里它们会扰乱GPS信号。

挑战与解决方案

贝利说："我们遇到了很多困难，但我们仍然从 AIM 获得了大量数据，因为我们有一支非常优秀、英勇和勤奋的团队，他们每次都能挺过来。"

AIM 的第一个障碍始于 2007 年发射后仅几个月，当时电信接收器开始出现间歇性故障。研究小组巧妙地利用无线电信号，对航天器进行了重新编程，使其能够以摩尔斯电码进行通信，从而使其在接收器停止工作后仍能保持通信。虽然与航天器的通信速度比原计划慢了数千倍，但 AIM 仍能进行测量，并将收集到的 99% 的数据发送回地球。

此后不久，航天器再次遇到危及飞行任务的问题。航天器反复将自己送入安全模式，这实际上关闭了航天器，需要一系列耗时的任务来重新启动。但是，工程师们再次向航天器上传了新的软件，从而避免了这一问题，并使 AIM 保持正常运行。自此以后，新的软件补丁已经在航天器上防止了一千多起类似事件的发生。

2019 年，AIM 的电池电量开始下降，但通过巨大的努力和智慧，任务运行团队维持了电池电量，使航天器能够继续返回数据。2023 年初，电池性能大幅下降，这意味着航天器无法定期接收指令或收集数据。遗憾的是，这个硬件问题无法远程修复，卫星最终于 2023 年 3 月停止收集数据。

遗产与未来研究

贝利说："我们很遗憾地看到 AIM 的寿命即将结束，但它能持续如此之久，实在令人惊叹。它为我们提供了有关夜光云和大气重力波的更多数据和见解，这超出了我们的预期"。

虽然航天器已经看到了它最后的夕阳，但科学家们将在未来数年继续研究 AIM 的数据。至于航天器本身，它将慢慢失去轨道高度，并在 2026 年重返大气层时烧毁。

科罗拉多州博尔德市大气与空间物理实验室的 AIM 副首席研究员兼高级研究科学家 Cora Randall 说："还有千兆字节的 AIM 数据有待研究。随着我们的模型和计算能力不断提高，人们将利用 AIM 数据集获得更多发现。"

编译自:ScitechDaily