美国国家航空航天局任务首次捕获极地热辐射图像

PREFIRE 任务将有助于更详细地了解北极和南极洲向太空辐射的热量以及这对全球气候的影响。

美国宇航局最新的气候任务已经开始收集北极和南极环境向太空发射的远红外辐射形式的热量数据。这些由远红外实验中的极地辐射能量 ( PREFIRE ) 进行的测量对于更好地预测气候变化将如何影响地球的冰、海洋和天气至关重要——这些信息将帮助人类更好地为不断变化的世界做好准备。

PREFIRE 的两颗鞋盒大小的立方体卫星（CubeSat）中的一颗于 5 月 25 日从新西兰发射，其孪生卫星也于 6 月 5 日发射。第一颗立方体卫星于 7 月 1 日开始发回科学数据。第二颗立方体卫星于 7 月 25 日开始收集科学数据，在该立方体卫星的 GPS 系统问题解决后，该任务将发布数据。

PREFIRE 任务将帮助研究人员更清楚地了解北极和南极洲何时何地向太空发射远红外辐射（波长大于 15 微米）。这包括大气水蒸气和云如何影响地球散发的热量。由于云和水蒸气可以将远红外辐射困在地球表面附近，它们可以提高全球温度，这一过程被称为温室效应。在这种情况下，地球大气中的气体（如二氧化碳、甲烷和水蒸气）充当绝缘体，防止地球散发的热量逃逸到太空。

“我们一直在寻找新方法来观察地球并填补我们知识中的关键空白。借助 PREFIRE 这样的立方体卫星，我们可以同时实现这两个目标，”华盛顿 NASA 总部地球科学部主任 Karen St. Germain 说道。“这项任务是我们通过竞争选出的地球冒险计划的一部分，是我们通过与大学和行业合作伙伴合作实现的创新科学的一个很好的例子。”

地球在热带地区吸收了大部分太阳能量；天气和洋流将这些热量输送到北极和南极洲，而这两个地方接受的阳光要少得多。极地环境——包括冰、雪和云——将大量热量释放到太空，其中大部分以远红外辐射的形式存在。但这些排放从未得到系统测量，而这正是 PREFIRE 发挥作用的地方。

“看到这些数据真是太令人兴奋了，”PREFIRE 首席研究员、威斯康星大学麦迪逊分校气候科学家 Tristan L'Ecuyer 说道。“加上 PREFIRE 的远红外测量，我们首次看到了地球向太空辐射的全能量谱，这对于理解气候变化至关重要。”

上图是 PREFIRE 数据的可视化图，显示了亮度温度，即地球在几种波长（包括远红外）上发射的辐射强度。黄色和红色表示来自地球表面的辐射强度较大，而蓝色和绿色表示辐射强度较低，与地表或大气中较冷的区域相吻合。

可视化首先显示了 7 月初首颗发射的立方体卫星在几次极地轨道飞行期间拍摄的中红外辐射（波长在 4 到 15 微米之间）数据。然后，它放大了两次飞越格陵兰岛的画面。轨道垂直扩展，以显示远红外辐射在大气中的变化情况。可视化最后聚焦于两次飞行相交的区域，显示了两次轨道飞行之间九个小时内远红外辐射强度的变化情况。

两颗 PREFIRE 立方体卫星运行在异步近极轨道上，这意味着它们会在数小时内经过北极和南极的相同地点，收集相同类型的数据。这为研究人员提供了一系列时间测量数据，他们可以利用这些测量数据来研究相对短暂的现象，如冰盖融化或云层形成，以及它们如何影响远红外辐射。