泰伯網(wǎng)訊 中秋假期，最受國(guó)人關(guān)注的除了賞月，還有賞“天宮”。開(kāi)啟太空之旅的“天宮二號(hào)”空間實(shí)驗(yàn)室即便在節(jié)后依然備受關(guān)注。近日，有媒體采訪到此次升空實(shí)驗(yàn)室搭載的“天眼”紫外臨邊成像光譜儀的研制方，詳解這個(gè)有大氣層探測(cè)“天眼”的實(shí)驗(yàn)載荷究竟有多牛。

　　紫外臨邊成像光譜儀，誰(shuí)來(lái)設(shè)計(jì)和研制?

　　紫外臨邊成像光譜儀由長(zhǎng)春光機(jī)所和大氣物理所共同承擔(dān)。其中，長(zhǎng)春光機(jī)所作為載荷承研單位，負(fù)責(zé)完成該成像光譜儀的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)、載荷研制與輻射定標(biāo)研究。而大氣物理所承擔(dān)的是應(yīng)用研究，負(fù)責(zé)建立適用于紫外輻射光譜特征的高精度快速正演模擬系統(tǒng)和相應(yīng)反演方法。

　　整個(gè)設(shè)計(jì)研制過(guò)程，中國(guó)科學(xué)院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心作為空間應(yīng)用系統(tǒng)總體部，對(duì)紫外臨邊成像光譜儀研制和應(yīng)用提供了全面的指導(dǎo)和技術(shù)支持。

（紫外臨邊成像光譜儀的“環(huán)形天眼”及環(huán)形監(jiān)測(cè)演示）

　　紫外臨邊成像光譜儀，用途幾何?

　　眾所周知，我們的地球被一層神秘大氣包圍。不過(guò)，這層大氣的組成、分布都與我們地面的生存環(huán)境息息相關(guān)，特別是臭氧、二氧化硫、二氧化碳、一氧化碳、氣溶膠等一些大氣痕量氣體，更是影響地球環(huán)境及氣候變化等的主要因素。

　　怎么才能實(shí)現(xiàn)對(duì)這些重要?dú)怏w的觀測(cè)?這時(shí)，紫外臨邊成像光譜儀就能發(fā)揮重要作用。作為天宮二號(hào)上搭載建立的“天眼”，它能執(zhí)行在地面上不可能實(shí)現(xiàn)的觀測(cè)大氣痕量氣體含量、分布及其變化的任務(wù)，對(duì)監(jiān)測(cè)大氣狀態(tài)、研究氣候變化及成因、保護(hù)地球生態(tài)環(huán)境具有極其重要的意義。

　　紫外臨邊成像光譜儀，除去大氣層的“隱身外衣”

　　臭氧層破壞、溫室效應(yīng)……近年來(lái)，這些詞匯對(duì)我們地球居民而言已然不陌生。不過(guò)，單靠只能感覺(jué)可見(jiàn)光的人眼，無(wú)法透視大氣層的變化，更不用說(shuō)了解臭氧層破壞情況，有害氣體的潛伏情況。但在紫外光譜下，大氣就能被除去“隱身外衣”，其組成變化都將一覽無(wú)遺。

（大氣垂直分層）

　　為了避免臭氧層阻礙紫外儀器在地面上對(duì)臭氧層以上的大氣層進(jìn)行探測(cè)，此次發(fā)射升空的“天宮二號(hào)”搭載了洞悉大氣的“天眼”—— 紫外臨邊成像光譜儀，在太空對(duì)地球大氣進(jìn)行“層析”式探測(cè)研究。

（臭氧層是地球的保護(hù)傘）

　　“天眼”不僅能看到人眼所能看到的可見(jiàn)光，更將視野擴(kuò)展到人眼所不能及的紫外光，在紫外臨邊成像光譜儀的“檢視”下，大氣中的一切都無(wú)所遁形，整個(gè)大氣層的密度、臭氧、氣溶膠、有害氣體等的垂直分布(每層的分布)及其變化，包括對(duì)中層大氣狀態(tài)與擾動(dòng)的監(jiān)測(cè)等，都能幫助我們了解太陽(yáng)活動(dòng)、大氣與地球天氣及氣候的關(guān)系，同時(shí)還能觀測(cè)全球環(huán)境變化。

　　紫外臨邊成像光譜儀，到底有多牛?

　　首次將我國(guó)空間紫外光譜遙感拓展到紫外成像光譜探測(cè)領(lǐng)域

　　中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光機(jī)所早在2002年發(fā)射的神舟三號(hào)飛船上就成功搭載了“太陽(yáng)紫外光譜監(jiān)視器”，完成了空間紫外光譜遙感儀器的關(guān)鍵技術(shù)驗(yàn)證及反演算法等的科學(xué)研究，并在此基礎(chǔ)上發(fā)展了風(fēng)云三號(hào)01、02批氣象衛(wèi)星的紫外光譜遙感儀器，目前已成功應(yīng)用并業(yè)務(wù)運(yùn)行。

　　目前我國(guó)風(fēng)云三號(hào)衛(wèi)星在軌運(yùn)行的紫外遙感儀器僅限于探測(cè)光譜信息，而天宮二號(hào)紫外臨邊成像光譜儀將空間紫外光譜遙感拓展到紫外成像光譜探測(cè)領(lǐng)域，具有空間和光譜雙重信息，可以更高分辨率、更深層次地研究大氣特性。

（紫外臨邊成像光譜儀天底、臨邊聯(lián)合觀測(cè)示意圖 ）

　　我國(guó)首次實(shí)現(xiàn)空間紫外臨邊大氣探測(cè)

　　我國(guó)風(fēng)云三號(hào)衛(wèi)星在軌運(yùn)行的紫外遙感儀器只具備天底觀測(cè)功能(垂直對(duì)地觀測(cè))，具有很高的空間覆蓋范圍，儀器通過(guò)解譯接收到的大氣散射光譜，可以獲得臭氧等大氣成分的總量和廓線。

　　臨邊大氣探測(cè)同時(shí)具有高空間覆蓋范圍和高垂直分辨率，是目前國(guó)際研究的熱點(diǎn)和前沿。天宮二號(hào)紫外臨邊成像光譜儀的“環(huán)形天眼”不僅具有天底觀測(cè)功能，而且具備紫外環(huán)形三波段臨邊成像探測(cè)功能，“前向天眼”具備紫外-可見(jiàn)-近紅外大氣臨邊成像光譜探測(cè)功能，是我國(guó)大氣遙感領(lǐng)域的一項(xiàng)創(chuàng)新。

　　國(guó)際上首次實(shí)現(xiàn)天底探測(cè)與多方位臨邊探測(cè)結(jié)合進(jìn)行大氣痕量氣體遙感

　　當(dāng)前國(guó)際上已有的紫外臨邊探測(cè)儀器大多是單個(gè)方向(前向)，個(gè)別有前向和側(cè)向。然而這些探測(cè)的明顯局限是只能得到一個(gè)很窄徑跡上的數(shù)據(jù)，相鄰軌道之間有巨大空隙，全球覆蓋的時(shí)空代表性差，不能獲得較密的時(shí)空覆蓋，不能揭示中小尺度變動(dòng)特征。就如管中窺豹，可見(jiàn)一斑而難知整體。

　　天宮二號(hào)紫外臨邊成像光譜儀將“前向”和“環(huán)形”組合探測(cè)，實(shí)現(xiàn)了垂直對(duì)地的天底探測(cè)和對(duì)地球切線方向的臨邊多方位探測(cè)組合及反演比對(duì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)地球大氣的多方位、高光譜、多時(shí)空分辨率觀測(cè)，達(dá)到比一般臨邊探測(cè)更高水平的層析反演，在國(guó)際上是首創(chuàng)。該項(xiàng)技術(shù)驗(yàn)證及科學(xué)實(shí)驗(yàn)為下一步空間大氣臨邊成像光譜探測(cè)的業(yè)務(wù)化運(yùn)行奠定了基礎(chǔ)，將在大氣痕量氣體監(jiān)測(cè)、天氣預(yù)報(bào)、空間天氣和物理等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。

　　紫外臨邊成像光譜儀，如何在軌工作?

　　本次升空搭載的紫外臨邊成像光譜儀共有兩套“天眼”：“前向”與“環(huán)形”，它們同時(shí)對(duì)地球大氣層進(jìn)行天底和臨邊探測(cè)。

　　“前向天眼”視線對(duì)準(zhǔn)地球臨邊切線方向上某高度范圍的大氣，測(cè)量臨邊探測(cè)路徑上單次和多次散射的太陽(yáng)光譜輻射，通過(guò)反演計(jì)算從而獲取地球臨邊大氣散射光譜輻亮度。地球臨邊大氣散射光譜輻亮度隨臨邊高度的變化反應(yīng)了大氣痕量氣體的垂直分布信息。由于“前向天眼”對(duì)地球臨邊大氣進(jìn)行了切片式探測(cè)，因此可以獲得很高的垂直分辨率。

　　“環(huán)形天眼”具備同時(shí)對(duì)天底大氣和臨邊大氣多方位探測(cè)的功能。假如將大氣層比作一處美景，天底觀測(cè)便如在它頭頂盤(pán)旋的小鳥(niǎo)，能看到的是輪廓和總量，而臨邊觀測(cè)則相當(dāng)于儀器與地球邊緣大氣并肩而立，可以細(xì)致欣賞品味它的層次美(高垂直分辨率)。“環(huán)形天眼”能獲得臭氧、二氧化氮、氣溶膠等大氣痕量氣體在同一臨邊高度上的多方位分布信息，通過(guò)反演計(jì)算可以獲取大氣痕量氣體多方位的時(shí)空分布，進(jìn)而為大氣環(huán)境監(jiān)測(cè)和大氣科學(xué)研究等提供服務(wù)。

　　利用紫外光譜臨邊探測(cè)數(shù)據(jù)，可獲取高時(shí)空覆蓋和高垂直分辨率的圖像和數(shù)據(jù)信息，獲取整層大氣密度、臭氧分布和氣溶膠等微量成分的垂直結(jié)構(gòu)及三維分布二級(jí)產(chǎn)品L2A。(整理|泰伯網(wǎng) 歐陽(yáng)雯)