『碳衛(wèi)星』開啟『碳密』之旅

2016年12月22日3時22分，我國在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射全球二氧化碳監(jiān)測科學(xué)實驗衛(wèi)星（簡稱“碳衛(wèi)星”）。這是我國首顆、全球第三顆專門用于“看”全球大氣中二氧化碳含量的衛(wèi)星。

“千里眼”看顏色識氣體

從厚厚包裹著地球的大氣層中識別出哪些氣體是二氧化碳，要畫出一張張“動態(tài)圖”——碳衛(wèi)星需安上特制的“千里眼”。

本次發(fā)射的碳衛(wèi)星搭載了一臺高光譜與高空間分辨率二氧化碳探測儀。這臺探測儀的工作原理是在可見光和近紅外譜段，利用分子吸收譜線探測二氧化碳濃度。

用通俗的話說，就是通過看“顏色”來識別二氧化碳?xì)怏w。中科院長春光學(xué)精密機(jī)械與物理研究所（下稱“長春光機(jī)所”）研究員鄭玉權(quán)解釋，太陽光經(jīng)過空氣時，空氣中的二氧化碳分子對許多精細(xì)的顏色有了不同程度吸收。通過光學(xué)儀器對這些色彩進(jìn)行非常精準(zhǔn)的測量，可反向推算出二氧化碳分子數(shù)量，從而得知大氣中的二氧化碳濃度。

碳衛(wèi)星項目要求大氣中二氧化碳的濃度監(jiān)測精度優(yōu)于4ppm（百萬分比濃度），即當(dāng)大氣中二氧化碳含量變化超過百萬分之四時，“千里眼”就必須發(fā)現(xiàn)。

長春光機(jī)所助理研究員藺超說，長春光機(jī)所為此制造了大面積衍射光柵，相當(dāng)于在頭發(fā)絲的寬度上劃出200余條形狀和直線度要求很高的刻線，“這樣的精密元件如同細(xì)密梳子，才能過濾出更為精細(xì)的色彩?！?/p>

▲碳衛(wèi)星發(fā)射升空（新華社任暉攝）

“高精尖”未來有望測霧霾

碳衛(wèi)星上除了搭載二氧化碳探測儀，還有另一件“利器”——多譜段云與氣溶膠探測儀。這臺探測儀可以測量云、大氣顆粒物等輔助信息，為科學(xué)家精確反向推演二氧化碳濃度剔除干擾因素。

多譜段云與氣溶膠探測儀雖然不是“主角”，但可能會帶來許多意想不到的收獲。

碳衛(wèi)星工程地面應(yīng)用系統(tǒng)總設(shè)計師楊忠東說，多譜段云與氣溶膠探測儀能監(jiān)測大氣中的顆粒物，能幫助氣象學(xué)家提高天氣預(yù)報的準(zhǔn)確性，并為研究PM2.5等大氣污染成因提供重要數(shù)據(jù)支撐。

研究人員表示，具體如何監(jiān)測霧霾要等碳衛(wèi)星傳送回第一份數(shù)據(jù)后再做分析判斷。

此外，碳衛(wèi)星實現(xiàn)全球觀測是衛(wèi)星平臺頻繁調(diào)整姿態(tài)、“翩翩起舞”的結(jié)果。在此過程中，科研人員突破了多項關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了技術(shù)跨越發(fā)展。

目前，全球二氧化碳地面觀測站點總共僅有數(shù)百個，難以滿足監(jiān)測需求，只有用衛(wèi)星俯瞰才能繪制二氧化碳分布的全景圖。而由于技術(shù)難度極高，目前僅有兩顆衛(wèi)星從太空監(jiān)視地球溫室氣體排放：一顆由日本在2009年發(fā)射，一顆由美國在2014年發(fā)射?？萍疾繃疫b感中心總工程師李加洪介紹，我國發(fā)射的碳衛(wèi)星通過地面數(shù)據(jù)接收、處理與驗證系統(tǒng)，定期獲取全球二氧化碳分布圖，使我國在大氣二氧化碳監(jiān)測方面躋身國際前列。（據(jù)新華社、北京晚報）※