氣候連線 | 如果天氣良好，且運氣不錯，美國宇航局最新的地球觀測衛星將於週二清晨從佛羅里達州卡納維拉爾角發射。此次飛行將結束近十年的任務開發，其有效載荷可能有助於開創地球科學的新時代。
PACE衛星任務的專案科學家傑里米·韋德爾說：“這是開創性的。我在美國宇航局工作了25年，這是我感覺我可以不斷深入研究的第一個任務，而不是確切地知道我將得到什麼。它不僅會產生大量我們現在沒有的全新資料，而且將有效地揭示許多新的發現。”
PACE代表浮游生物、氣溶膠、雲、海洋生態系統，新任務將使科學家能夠比以往任何時候都更詳細地觀察所有這些。汙染顆粒和微小的海洋生物本身聽起來可能並不令人興奮，但它們是理解當今塑造地球的一些最重要過程（包括氣候變化）的關鍵。
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三臺高科技新儀器使這些觀測成為可能。
該衛星配備了兩個偏振計，它們觀察陽光從下方空氣中的物體或顆粒反射時所呈現的某些特性。反過來，這些觀測有助於揭示光線照射的顆粒的具體特徵。它們對於觀察大氣中的雲和氣溶膠，包括灰塵、野火煙霧和工業空氣汙染特別有用。
據美國宇航局科學家、該任務的偏振測量負責人柯克·克諾貝爾斯皮斯說，這些是現存最先進的偏振計。它們都是多角度儀器，意味著它們從一系列不同的視點收集影像，為科學家提供他們正在研究的雲和顆粒最完整的影像。
如今，很少有衛星具備這種能力。而PACE的儀器將是唯一收集公共資料的儀器之一。
該任務的旗艦儀器——美國宇航局定製的唯一同類儀器——是其海洋顏色儀器（OCI），這是一種光譜輻射計，可測量發射光的波長和振幅。更簡單地說，它是一種檢測顏色的儀器。而且它非常擅長它的工作：OCI可以檢測到200多個波段的顏色資訊，從紫外線光譜到可見光，一直到紅外線。
與之前的衛星任務相比，這是一個進步，之前的衛星任務只能觀察到幾種不同的藍色、綠色和紅色。新的功能將使科學家能夠區分海洋中不同的浮游生物群落，從而使他們對海洋生態系統有新的認識。
該任務的海洋專案副科學家安東尼奧·曼尼諾說：“透過獲得整個光譜的資訊，我們可以觀察以前無法觀察到的色素。我們使用的一個比喻是從一盒8色蠟筆變成一盒248種左右的顏色。”
雲和氣候之謎
對海洋和大氣進行更詳細的觀測可以為各種研究提供資訊，包括從有毒藻類繁殖到空氣質量再到雲與全球變暖之間聯絡的一切研究。
浮游生物群落是海洋健康的主要指標。這些微小的生物是海洋食物網的基石，瞭解海洋特定區域存在哪些物種可以幫助科學家預測水中的氧氣含量、周圍有哪些魚類以及它們的種群健康狀況。這對漁業來說是有價值的資訊。
新的觀測還可以提供有關有毒藻類繁殖的早期預警，這不僅會損害漁業和其他海洋生物，還會損害沿海人類社群。
浮游生物群落甚至可以幫助科學家估計海洋從大氣中吸收了多少二氧化碳。這對氣候科學家來說是有價值的資訊，他們試圖預測未來幾年地球變暖的速度。
PACE還將幫助研究人員更好地觀察大氣中的氣溶膠和雲，並解決氣候科學家如今正在研究的一些最大問題。
勞倫斯利弗莫爾國家實驗室的大氣科學家馬克·澤林卡（未參與PACE任務）說：“就我們未來氣候走向而言，有兩個主要的不確定性困擾著我們。其中一個是人類，另一個是雲。”
不同型別的雲可以使氣候變暖或變冷，具體取決於其水滴的大小、數量和成分等物理特性。瞭解雲的形成方式以及隨著地球變暖它們如何變化，對於準確預測未來的氣候變化至關重要。
氣溶膠也與雲研究密切相關。當水滴在空氣中的微小顆粒周圍凝結時，就會形成雲。不同型別的氣溶膠會影響水滴的大小和數量，從而改變雲的物理特性。但是科學家們對這些物理過程究竟是如何運作的仍然有很多疑問。
澤林卡說：“氣溶膠在多大程度上影響雲或以何種方式影響雲仍然很不確定。”
他補充說，這就是改進的衛星觀測如此重要的原因。更多的資料可以幫助科學家更好地理解這些過程，然後將其納入他們用來預測地球未來氣候的模型中。
PACE的偏振測量負責人克諾貝爾斯皮斯說：“我們無法在實驗室中建造地球。我們唯一的實驗室是地球。但是我們無法隨時隨地看到地球。因此，對地球進行良好的觀測將有助於我們更好地理解和改進我們的模型，這將有助於我們預測未來會發生什麼。”
PACE的觀測還將使科學家能夠更好地瞭解世界各地的汙染和空氣質量，這對尋求改善人類健康的科學家和政策制定者來說是非常重要的資訊。
韋德爾說，所有三種儀器及其觀測結果的結合將有助於科學家最全面地瞭解地球大氣層及其海洋之間的密切聯絡。
他說：“就宏大的氣候意義而言，我們的貢獻是為了更好地理解氣溶膠、海洋和雲如何相互作用，著眼於有效地理解它們在變暖的大氣和隨之變暖的海洋中的各種作用。”
“黃金標準”
PACE計劃於週二美國東部時間凌晨1:33或之後發射，可能會因天氣原因延誤。此次發射將翻開多年工作的新篇章。
韋德爾說，美國宇航局的科學家大約在20年前就開始考慮該專案。其想法是開發一項任務，以補充美國宇航局的其他地球觀測衛星計劃，例如長期執行的陸地衛星計劃、海洋觀測的SeaWiFS專案以及專注於地球水迴圈的Aqua任務。
據韋德爾稱，在經過十多年的思考、計劃和釋出有關潛在的新地球觀測系統的報告後，美國宇航局總部於2014年12月正式批准了該專案。自那時以來，各個專案團隊已經詳盡地繪製了該任務的技術規範、其對科學研究的影響以及對普通人類社群的價值，包括其在漁業和空氣質量監測中的應用。
該專案並非沒有挑戰。美國曆史上最長的政府停擺——2018年12月至2019年1月之間長達34天——導致美國宇航局的大部分員工暫時休假。新冠疫情後來導致發射時間表大幅延遲，原計劃在2022年秋季的某個時間進行發射。
但也有美好的回憶，韋德爾說。2023年11月14日，PACE航天器最終從馬里蘭州的美國宇航局戈達德太空飛行中心運到佛羅里達州的肯尼迪航天中心，使該專案進入最後階段。
韋德爾說：“把它裝上卡車，看到它到達佛羅里達州真是太棒了。”
一旦衛星進入軌道，它將幾乎立即開始收集資料——儘管可能還需要一兩個月的時間才能進行所有必要的測試，以確保一切都已上線並正常工作。
韋德爾說：“在那60天結束時，閘門就打開了。”
他補充說，該任務突顯了美國宇航局對地球和氣候科學的貢獻。
他說：“沒有類似的任務。這是一項對海洋和天空進行綜合跨學科研究的任務，它填補了美國或國外其他機構都沒有追求的空白。我認為它將成為美國宇航局地球科學存在的黃金標準。”
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