衛星感測器揭示地球夜間秘密

一種新型地球觀測衛星感測器能夠觀測夜間自然和人造可見光源，正在為科學家、氣象學家、消防員和城市規劃者提供大量高質量資訊。“晝夜波段 (DNB)”感測器非常靈敏，它可以在 800 公里高的有利位置測量單盞路燈的光芒。藉助月光，DNB 幾乎可以像傳統的白天觀測一樣精確地觀測雲、雪和海冰。即使在沒有月亮的夜晚，該感測器也可以探測到調節大氣自身微弱光芒的高空壓力波。

我在 2015 年 5 月的《大眾科學》雜誌上的“夜間觀察”中介紹了這項新技術的幾個主要應用。此處重點介紹了一些強調人為因素的附加功能，這些功能進一步證明了 DNB 如何幫助陸地和海洋的研究和運營社群。（有關 DNB 的詳細資訊——可見紅外成像輻射套件的一部分，該套件在 Suomi 國家極軌夥伴衛星上飛行——可以在 http://www.mdpi.com/2072-4292/5/12/6717 找到）。總的來說，DNB 正在幫助我們認識到，夜晚遠沒有我們想象的那麼黑暗——而且在夜間環境中執行時，我們不再需要“在黑暗中”。

魷魚船洗牌

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*圖片來源：NASA 地球觀測站*（魷魚船衛星影像）。*地平線上的船照片由維基共享資源提供*

夜晚廣闊的電燈網路顯示了文明與地球作為一個有機體的聯絡有多麼緊密。但它也可以對當前人類的分裂狀態提供辛辣的評論。區域照明的急劇變化通常描繪出貧困和經濟繁榮的地區，這也許在朝鮮大部分黑暗地區和燈火通明的韓國（左圖中心）的並置中最為突出。

魷魚船隊有時也提醒我們注意我們之間的分歧。DNB 可以探測到單個船隻，每艘船隻都像黑暗海水中的一個光點。這些船隻使用高功率燈來吸引魷魚到水面，就像飛蛾撲火一樣（右圖）。這些船隻通常成群結隊地聚集在一起，追逐魚群從一個夜晚到下一個夜晚。有時，它們形成的叢集的方向以一種良性的方式與自然特徵聯絡在一起，例如有助於形成高產水域的海面邊界。但在黃海和東海地區，我們可以看到，這些船隻經常毗鄰政治邊界，這些邊界界定了中國、韓國和日本共享（臨時）和專屬捕魚權的區域。

據當地人說，這些不尋常的排列方式有兩個可能的原因：一個原因與另一個國家的船隻試圖儘可能靠近魷魚更多的水域有關。但另一個原因純粹是政治性的——沿著這些邊界的船舶密度有效地阻止了進入“共享”水域，並且可能是與周邊國家之間的領土爭端相關的被動武力展示。這在某種程度上是一場冷戰，但也是一場溼戰，因為海岸警衛隊艦艇使用水炮來阻止漁船。韓國、日本和泰國的機構以及秘魯、阿根廷和英國現在都在定期請求晝夜波段資料，以檢視是否有船隻非法捕魚。

船舶尾跡，而非飛機凝結尾跡

在競爭較少的水域，我們也看到了夜間海事界的有趣影響。我們都熟悉噴氣式飛機尾氣如何改變大氣，形成稱為飛機凝結尾跡的雲——那些穿過天空的細長白色條紋。最近的研究表明，飛機凝結尾跡可能非常顯著，足以抑制陽光照射到地面。船舶尾氣也與類似的影響有關；流出物會改變海洋邊界層——極低層大氣中的雲層。

DNB 很容易探測到夜間的這些“船舶尾跡”。左圖顯示了加利福尼亞州下加利福尼亞州沿海地區的流出物如何改變雲微物理。煙霧顆粒充當水凝結的焦點，導致大量額外的小云滴，形成從上方看起來像飛機凝結尾跡的軌跡。這些軌跡的細節可以在右圖中看到；形成了船舶路徑的痕跡。每個軌跡前端的亮點是衛星飛越並捕獲影像時船舶的燈光。

觀察雲層中這些變化的能力不僅僅是對夜間航行的船舶的有趣評論。與飛機凝結尾跡一樣，船舶尾跡對氣候也有一些重要的影響。雲層在白天減少到達地面的陽光，並在夜間保持地面熱量。空氣汙染引發的雲層特性變化會改變地球的熱量預算；即使雲層的微小變化也可能產生重大影響。

拉斯維加斯不眠夜

晝夜波段最引人注目的影像也許是來自世界各地的城市燈光。它們最常以斑駁的集中亮度斑塊出現，儘管感測器可以分離出每個畫素。燈光的數量和強度與經濟活動和（顯而易見地）電力消耗有關，並且這些資料已開始用於跟蹤二氧化碳排放量的模型中。

光“汙染”也越來越受到關注。它嚴重影響夜間野生動物的遷徙、捕食甚至生理功能，並擾亂了天文學家觀測上方天空的嘗試。研究人員開始使用 DNB 資料來幫助規劃者減少主要城市的光汙染。他們首先測量城市燈光的天空輻射，感測器可以以極大的空間和強度細節確定（頂部影像，拉斯維加斯）。然後，他們將資料用於模型中，以模擬城市上空的“光穹頂”，並確認它準確地代表了實際觀測結果（中間影像）。然後，研究人員可以操縱模型來模擬如果建築物和道路使用遮蔽燈光（使其不會產生如此多向上照射到大氣中的光）會如何減少光汙染（底部影像）。此類資訊有助於規劃者衡量給定照明策略的影響，並改善我們對環境的管理。

更快的搜尋和救援

由於城市燈光在夜間或多或少保持穩定，因此變化在 DNB 影像中很容易突出顯示。無論是暴風雨造成的停電，還是飽受戰爭蹂躪的敘利亞被點亮的建築物被摧毀，還是聖誕節和齋月期間安裝的節日彩燈，DNB 都提供了獨特的視角。

有時，一盞孤獨的燈光訴說著不可估量的悲劇。2014 年 7 月 24 日，載有 110 名乘客和 6 名機組人員的阿爾及利亞航空 5017 航班在飛行員請求繞過雷暴的改道航線後，從雷達上消失。飛機墜毀，機上人員全部遇難。攜帶 DNB 的 Suomi 衛星恰好在墜機事件發生後幾分鐘飛越該區域。它捕捉到了強雷暴複合體中的閃電，並在惡劣天氣以北，在馬裡中南部無人居住的廣闊區域發現了一個孤立點光源的光芒。光源的位置與第二天對墜機現場的偵察結果完全吻合；DNB 探測到了燃燒殘骸的火焰。

為了從這場悲劇中汲取一絲希望，我們可以想象未來，像 DNB 這樣的弱光感測器被安裝在覆蓋全球的地球靜止衛星上。測量結果將在幾分鐘內更新一個區域，這可以指導搜救隊前往災難現場——也許在某些情況下，可以及時挽救生命。