美國宇航局:海洋生態系統的地球觀測衛星任務

2020-12-22 量子認知

海洋生態系統（ocean ecosystem）是美國宇航局的一項地球觀測衛星任務，它將對全球海洋顏色、生物地球化學和生態學以及碳循環、氣溶膠和雲的觀測，英文全名：Plankton, Aerosol, Cloud, ocean Ecosystem，簡稱PACE，譯為：浮遊生物、氣溶膠、雲、海洋生態系統。

海洋生態系統的地球觀測衛星任務

在2020年2月通過了關鍵性的設計審查之後，PACE現進入開發集成和測試階段。美國宇航局位於馬裡蘭州格林貝爾特的戈達德太空飛行中心正在建設其主要儀器：海洋顏色儀（Ocean Color Instrument，簡稱：OCI），該儀器和太空飛行器將很快在模擬發射和軌道的嚴格條件下進行測試，準備在2023年發射時進行全球海洋和大氣科學領域探測。

正在建造種的海洋顏色儀

屆時，SpaceX將提供獵鷹9號全推力火箭，將PACE太空飛行器送入其距地球420英裡的軌道。

美國宇航局海洋生態實驗室海洋學家、PACE項目科學家、傑裡米·韋德爾（Jeremy Werdell）說：「 PACE項目花費了五年時間來創建任務設計，這一裡程碑證明了它的可信度。」 「對PACE儀器的測試版本進行了評估，以支持這些關鍵的設計審查。看著OCI的構建最終使任務變得真實，看到它的設計在硬體中實現真是令人興奮，測試結果證實了它的性能甚至比預期的還要好。 」

PACE的高解析度儀器將在2023年發射任務，以目前的最高精度觀察海洋和大氣特徵。該任務結合了科學和工程學的成就，並以美國宇航局和其他太空機構的歷史海洋顏色傳感器為基礎。浮遊植物是生活在海洋中的微小植物類生物和藻類，是海洋食物網的基礎，並產生地球一半的氧氣，因此，隨著時間的推移監測其分布對於了解海洋和大氣的健康至關重要。通過測量離開地球海洋表面的光的強度，PACE將捕獲有關浮遊生物物種、為漁業提供支撐的有益浮遊植物群落、以及可能使動物和人類中毒並破壞旅遊業和商業捕魚的有害藻類的詳細信息。

海洋顏色儀

美國宇航局海洋學家、PACE生物地球化學項目科學負責人、伊馮娜·切蒂尼奇（Ivona Cetini）說。「如果我們從碳循環的角度來看浮遊生物，那麼不同類型的浮遊生物將發揮特定的作用，」 「所有人都從大氣中吸收碳，但有些被其他動物吞噬，而另一些則將碳吸收到海洋深處。現在，我們知道它們吸收了多少碳，我們可以將其放入我們的大型模型中，但是很難理解海洋中的碳會發生什麼。藉助PACE，我們可以研究浮遊植物的作用，不同類型如何確定碳進入海洋時的路徑。」

除海洋顏色儀器（OCI）外，PACE還將攜帶兩個偏振計：測量大氣中各種分子和粒子如何改變通過它們的光波振蕩的儀器。光波以不同的角度穿過太空，當它們撞擊大氣中的粒子和氣體或從地球表面反射時，這些角度會發生變化。這種變化的數量和方向為顆粒的組成和尺寸以及表面特徵提供了線索。

行星探測光譜偏振計（Spectro-polarimeter for Planetary Exploration，簡稱：SPEXone）將由荷蘭空間研究與空客防禦與空間研究所建造和監督。超角彩虹旋光儀＃2（Hyper-Angular Rainbow Polarimeter ＃2，簡稱：HARP2）由馬裡蘭大學地球與空間研究所建造。這兩種儀器都能夠同時從多個角度觀察地球。

超角彩虹旋光儀

美國宇航局大氣科學家、PACE項目大氣科學負責人、安德魯·薩耶爾（Andrew Sayer）說：「當您從大樓窗外低頭看樓下的灌木叢時，它可能會是綠色的；但是如果您走到它旁邊，它可能看起來是棕色的。」「從窗戶看，您看到的是頂部，上面覆蓋著樹葉；從地面，您看到的是樹幹是棕色的。某些物體的外觀顏色會根據您從其觀看的角度而變化。當您擁有像SPEXone或HARP2這樣的多角度儀器時，它們可以推斷出它們所看到的東西。」

韋德爾說，PACE看到完整彩虹的能力將為海洋科學家樹立新標準。「藉助PACE，美國宇航局及其合作夥伴正在建立一個地球觀測站，這將突破空間技術和物理學的界限，這是一種以直到最近都無法想像的方式來測量我們星球的衛星。」

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