12月22日3時(shí)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(shí)驗(yàn)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。
太空中怎么能“看”到二氧化碳?“看”到了二氧化碳又有什么用?這顆衛(wèi)星還帶了哪些“高精尖”科技?記者采訪相關(guān)專家，揭開碳衛(wèi)星的神秘面紗。
“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，還要畫出一張張“動(dòng)態(tài)圖”——碳衛(wèi)星需要安上特制的“千里眼”。
本次發(fā)射的碳衛(wèi)星，搭載了一臺(tái)高光譜與高空間分辨率二氧化碳探測儀。這臺(tái)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)械與物理研究所研究員鄭玉權(quán)解釋，太陽光經(jīng)過空氣時(shí)，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，可以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(xiàng)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)，即是說，當(dāng)大氣中二氧化碳含量變化超過百萬分之四時(shí)，“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”。
地面觀測點(diǎn)也能搜集大氣中的二氧化碳數(shù)據(jù)，為什么還要發(fā)射衛(wèi)星?碳衛(wèi)星工程地面應(yīng)用系統(tǒng)總設(shè)計(jì)師楊忠東說，全球二氧化碳地面觀測站點(diǎn)總共僅有數(shù)百個(gè)，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。
“碳排放”要有中國數(shù)據(jù)
掌握全球的二氧化碳分布狀況有什么用?科技部國家遙感中心總工程師李加洪說，在碳排放數(shù)據(jù)上知己知彼，對提升我國在國際氣候變化方面的話語權(quán)具有重要意義。
全球變暖、極端天氣……嚴(yán)峻的氣候變化形勢面前，減少二氧化碳等溫室氣體的排放成為必然選擇。碳排放的量化監(jiān)測是各國最終實(shí)現(xiàn)溫室氣體減排的重要技術(shù)基礎(chǔ)，在所有的碳排放量監(jiān)測手段中，目前只有星載高光譜溫室氣體探測技術(shù)既能對二氧化碳等溫室氣體濃度進(jìn)行高精度探測，又能獲取全球各區(qū)域的氣體濃度分布數(shù)據(jù)。
正因如此，各發(fā)達(dá)國家紛紛研發(fā)專用衛(wèi)星。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2009年發(fā)射，一顆由美國2014年發(fā)射。
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(yàn)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。
“持家先要有賬本，這個(gè)‘賬本’就是我們自己監(jiān)測到的碳排放量?！?李加洪說。
“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(tái)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(huì)帶來許多意想不到的收獲。
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，可以幫助氣象學(xué)家提高天氣預(yù)報(bào)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(shí)現(xiàn)全球觀測，是衛(wèi)星平臺(tái)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(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了技術(shù)跨越發(fā)展。
