新型尋月傳感器旨在改善地球觀測

2020-11-09 希望星球

一隻新的儀器盯著月球，正在高空NASA飛機上起飛，以測量月球的亮度，並最終幫助對地觀測傳感器進行更精確的測量。

機載月球光譜輻照度儀（air-LUSI）正在NASA的ER-2飛機上飛行。 ER-2能夠在高於地面約70,000英尺的雲層之上飛行。這項飛行是在夜間進行，以避免太陽的散射光，該飛行於11月13日開始，並將於11月17日從位於加利福尼亞州棕櫚谷的NASA阿姆斯特朗飛行研究中心結束。

馬裡蘭大學教授凱文·特皮（Kevin Turpie）說，由美國國家航空航天局（NASA）資助的儀器「正在測量月球在各個階段反射的陽光量，以便準確表徵其特徵，並擴展月球用於校準地球觀測傳感器的方式」。 ，巴爾的摩縣，領導空軍LUSI工作。 Turpie及其團隊由NASA的地球科學部和美國國家標準與技術研究院（NIST）資助。

月球如何幫助地球傳感器

NASA / NOAA / DOD Suomi國家極地軌道合作夥伴衛星和NOAA-20氣象衛星上的可見紅外成像輻射套件（VIIRS）等地球觀測傳感器收集雲層，地表覆蓋層和海洋顏色的圖像。這些傳感器在努力工作的同時，還必須支撐高能粒子並承受紫外線，紫外線會隨著時間的推移而降低其性能。

為了考慮靈敏度的任何變化，VIIRS和其他衛星儀器通過查看已知參考並比較最新外觀與以前的外觀來校準其傳感器。如果傳感器看到的參考與以前不同，則表明需要重新校準或調整其靈敏度。

當前，許多儀器攜帶不透明或白色的材料（稱為擴散器），該材料反射日光並充當傳感器校準的參考。但是，儘管太陽提供了穩定的輸出，但其刺眼的射線會隨著時間的推移使擴散器退化。另一方面，月亮是理想的漫射器，因為它對太陽光的反射率是穩定的，並且在亮度上更類似於地球。

科學家們早就知道月球的潛力。 Turpie說：「在阿波羅計劃推出後不久，美國地質調查局（USGS）的一個小組就開發了一種表徵月球的方法，以便地球觀測衛星可以將其用於校準。」

1995年至2003年，位於亞利桑那州弗拉格斯塔夫的USGS機器人月球觀測站（ROLO）每月測量一次月球。USGS的科學家Tom Stone與USGS的前科學家Hugh Kieffer一起開發了基於ROLO的模型它已經並且將繼續用於幫助校準諸如SeaWiFS之類的儀器中的地球觀測傳感器，該儀器從1997年至2010年運行，並測量海洋顏色以監測浮遊植物。 SeaWiFS定期查看月球以記錄其儀器靈敏度的任何變化。

斯通說，儘管許多地球觀測任務校準團隊使用ROLO，但他們的月球校準數據可能存在很大差異。希望air-LUSI的高精度測量能夠表徵這些差異，並確定它們是由ROLO模型中的內部偏差還是其他原因引起的。斯通說：「我們無法將ROLO校準驗證到高於5％的水平。」 「 Air-LUSI可以改善ROLO或確定需要改進的地方。」

Turpie說，Air-LUSI的新型儀器能夠獲得高精度的月球光譜輻照度測量值，其不確定度最低（小於1％），從而將月球確定為絕對校準參考，並幫助遙感科學家確定地球是否觀測到地球像VIIRS這樣的傳感器正在記錄地球上的實際變化或儀器的變化。

儘管地球觀測任務每個月都可以在同一時間和每個階段同時觀測月球，以注意到其儀器靈敏度的趨勢，但他們尚未能夠將月球用作絕對校準參考，Kurt Thome馬裡蘭州格林貝爾特的美國宇航局戈達德太空飛行中心負責地球觀測任務的項目科學家說。

絕對校準參考是什麼意思？如果比較兩個彼此相鄰的人，很容易看出哪個人更高。但是，如果這兩個人處於世界的兩端，那麼比較他們的身高的唯一方法就是像尺子那樣使用絕對參照物。 Thome說，Air-LUSI的目標是使月球成為絕對的校準參考，這意味著儀器只需要對月球進行一次觀察即可確定儀器的絕對靈敏度，同時可以隨時間進行比較以觀察儀器是否在變化。

共同努力

Turpie說，為了收集有關月球的信息，air-LUSI包括三個子系統，這需要多個組織的專業知識。他的團隊成員包括NIST，USGS，加拿大安大略省的圭爾夫大學和NASA。

第一個組件稱為IRIS，是輻照儀器子系統的縮寫，由NIST設計。它包括一個能夠在溫度和壓力控制的外殼中進行精確測量的月球儀器。

第二個組件是由圭爾夫大學設計和製造的名為ARTEMIS（自主式機器人望遠鏡安裝儀器子系統）的機器人望遠鏡安裝座。 ARTEMIS的相機可以掃描天空，直到找到月球，並指示望遠鏡指向月球並將其鎖定在適當的位置，而與飛機的運動無關。

最後一個組件是高空ER-2適配或HERA。 HERA包括將儀器固定在一起並固定在平面上的所有連接組織，例如電纜和安裝設備，以及熱穩定組件。 Air-LUSI能夠在飛行過程中記錄數據，並將數據從飛機上下載到地面。

空中LUSI的一小步，地球科學的一大飛躍

託姆說，在不久的將來，一顆可操作的氣象衛星將受益於能夠將月球作為絕對校準參考。這包括目前正在飛行的Suomi國家極地軌道夥伴關係（Suomi NPP）和20號聯合極地衛星系統（JPSS）衛星，以及未來將由NOAA及其國際夥伴提供的衛星。託梅說，每顆衛星都可以通過月球校準其儀器，以比較其傳感器與其他衛星的傳感器的承受力。

Turpie說，在浮遊植物氣溶膠雲和海洋生態（PACE）衛星上，美國宇航局即將推出的海洋彩色成像儀也打算使用月球進行校準。

託梅說：「 Air-LUSI的月球測量結果使人們更容易用月球來校準他們的儀器。」

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