NASA的PREFIRE卫星为揭开极地气候秘密提供了新的视角

这幅艺术家的概念图描绘的是围绕地球轨道运行的两颗 PREFIRE 立方体卫星中的一颗。 美国国家航空航天局（NASA）的这项任务将测量地球两极地区向太空发出的远红外线辐射量--这些信息是了解地球能量平衡的关键。 资料来源：NASA/JPL-Caltech

美国国家航空航天局（NASA）的两颗小型卫星，每颗都只有鞋盒大小，正在执行一项任务，以解决一个长期存在的大气难题：地球极地的云层和水汽如何影响地球的气候。

美国国家航空航天局远红外极地辐射能量实验（PREFIRE）任务的第一颗卫星于5月25日从新西兰发射升空，并于7月开始传输科学数据。 第二颗卫星于 6 月 5 日发射，8 月开始收集数据。

地球两极地区将热带地区最初吸收的大部分热量辐射到太空，主要是以远红外线辐射的形式。 北极和南极的云层（如格陵兰冰川上的云层）会捕获地球上的远红外线辐射，从而导致全球气温升高。 资料来源：NASA/GSFC/Michael Studinger

PREFIRE 的目标是测量地球从其最寒冷、最偏远的地区--北极和南极--向太空排放的热量。 通过提供有关极地热量排放的详细数据，该任务旨在完善用于预测全球变暖对地球冰层、海洋和天气系统影响的气候模型。

地球在热带地区吸收了大量的太阳能量，天气和洋流将这些热量输送到极地（极地接受的阳光要少得多）。 极地环境中的冰、雪和云等会将部分热量散发到太空中，其中大部分以远红外线辐射的形式存在。 地球在热带吸收的热量与从北极和南极辐射出去的热量之间的差异是影响地球温度的关键因素，有助于推动气候和天气的动态系统。

但是，人们从未对极地的远红外辐射进行过系统测量。 这就是 PREFIRE 的用武之地。 这项任务将帮助研究人员更清楚地了解地球两极地区何时何地向太空发射远红外线辐射，以及大气中的水汽和云层如何影响辐射量。

云层和水蒸气会捕获地球上的远红外线辐射，从而增加全球温度--这是温室效应的一部分。

威斯康星大学麦迪逊分校教授兼 PREFIRE 首席研究员 Tristan L'Ecuyer 说："如果我们想准确地模拟地球气候，那么正确地掌握云层的影响至关重要。"

美国国家航空航天局的 PREFIRE 任务由两颗鞋盒大小的立方体卫星组成，其中一颗就放在蓝峡谷技术公司的桌子上。 该公司建造了卫星总线，并集成了 JPL 提供的热红外光谱仪。 资料来源：NASA/JPL-Caltech

地球两极的云和水蒸气就像夏日的窗户： 北极地区晴朗、相对干燥的天气就像打开一扇窗户，让闷热的房间散出热量。 多云、相对潮湿的天气就像一扇紧闭的窗户，将热量困在里面。

云的类型和形成的高度会影响极地大气的热量截留程度。 低空云层主要由水滴组成，就像一扇有色的窗户，具有降温作用。 高海拔云层主要由冰粒组成，更容易吸收热量，产生变暖效应。 由于中海拔云层的水滴和冰粒含量各不相同，因此它们可以产生升温或降温效应。

但是，云是出了名的难以研究： 它们由微观粒子组成，可以在几秒到几小时内移动和变化。 下雨或下雪时，水和能量会发生巨大的重新组合，从而完全改变云的特性。 这些不断变化的因素使得在气候模型中真实捕捉云的行为变得更加复杂，而气候模型试图预测全球气候情景。

各种气候模型在表现云层方面的不一致，可能意味着预测升温5或10华氏度（3或6摄氏度）之间的差异。 PREFIRE 任务旨在减少这种不确定性。

每个航天器上的热红外光谱仪将对远红外范围内的光波长进行重要测量。 这些仪器将能够探测到其他类型的光学仪器基本上无法探测到的云层。 PREFIRE 的仪器将足够灵敏，能够探测到颗粒的大致大小，从而区分液滴和冰粒。

美国宇航局喷气推进实验室大气科学家、PREFIRE 科学小组成员布赖恩-卡恩说："PREFIRE 将为我们提供一双观察云层的新眼睛。"我们还不太确定会看到什么，这真的很令人兴奋。"

PREFIRE 任务由美国国家航空航天局（NASA）和威斯康星大学麦迪逊分校（University of Wisconsin-Madison）合作完成。 美国国家航空航天局的喷气推进实验室（JPL）是位于加利福尼亚州帕萨迪纳的加州理工学院的一个分部，为美国国家航空航天局的科学任务局管理这项任务，并提供光谱仪。 蓝峡谷技术公司设计并建造了立方体卫星，威斯康星大学麦迪逊分校负责处理和分析收集到的数据。

这些航天器由火箭实验室根据美国国家航空航天局（NASA）的发射服务计划管理的"专用和共乘的风险级采购（VADR）"合同发射。 像 PREFIRE 这样的立方体卫星是推动科学和技术发展的宝贵工具，是任务架构和科学研究创新的成本效益平台。

编译自/scitechdaily