Air-LUSI:探月传感器旨在改善NASA的地球观测

2019-11-19
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摘要 美国宇航局高空飞机上的一个仪器正在利用对月球亮度的测量,帮助地球观测传感器进行更精确的测量。

  据外媒报道,近日,美国宇航局(NASA)Goodard太空飞行中心的伊丽莎白·戈德鲍姆在Phys.org上发表的一篇文章称,美国宇航局高空飞机上的一个仪器正在利用对月球亮度的测量,帮助地球观测传感器进行更精确的测量。

  机载月球光谱辐照度仪(Air LUSI)正在美国宇航局的ER-2飞机上飞行,所处海拔高度为70,000英尺。在11月13日至17日,位于加利福尼亚州帕尔姆代尔的美国宇航局阿姆斯特朗飞行研究中心为避免太阳散射光线,因此选择在夜间进行飞行。

Air-LUSI在美国加利福尼亚州棕榈谷的NASA阿姆斯特朗飞行研究中心外的一架ER2上起飞,进行了一次空战活动,以测量从2019年11月13日至17日的月球。

  马里兰大学教授凯文·图皮说,“美国国家航空航天局资助的这一仪器正在测量月球在不同阶段反射的太阳光的数量,以便准确描述月球的特征,并将这些月球特征扩展应用到校准地球观测传感器。”该项目由美国宇航局地球科学部和国家标准与技术研究所(NIST)资助。

  地球观测传感器,如NASA/NOAA/DOD Suomi国家极地轨道伙伴关系卫星和NOAA-20气象卫星上的可见红外成像辐射套件(VIIRS)等,一般用来收集云层、陆地表面覆盖和海洋颜色的图像。这些传感器必须能够承受高能粒子和紫外线,因为随着时间的推移,紫外线会降低它们的性能,减少观测效果。

  为了观测灵敏度变化并解释其变化原因,VIIRS和其他卫星仪器要查看参考值并将最新的外观与以前的外观进行比较,以此来校准传感器。如果传感器看到的参考值与以前不同,则表明需要重新校准或调整其灵敏度。

  目前,许多仪器都携带一种不透明的白色材料,该材料被称为漫射器,能够反射阳光,并能作为传感器校准的参考。而月球被认为是一个理想的漫射器,因为它对阳光的反射是稳定的,而且它在亮度上也更接近地球。

随着国际空间站绕加拿大纽芬兰海岸的轨道飞行,国际空间站的机组人员于2018年4月30日拍摄了这张满月的照片。图片来源:NASA

  科学家早就知道月球的潜力。图皮说:“在阿波罗计划执行后不久,美国地质调查局(USGS)的小组就开发了一种描述月球特征的方法,以便地球观测卫星可以利用它进行校准。”

  图皮表示,Air-LUSI仪器能够获得高度精确的月球光谱辐照度测量值,其不确定度将达到有史以来最低(小于1%),从而将月球确定为绝对校准参考,并帮助遥感科学家确定是否对地观测传感器像VIIRS一样,正在记录地球上的实际变化或仪器变化。

  美国宇航局戈达德航天飞行中心地球观测任务的项目科学家科特·托姆说,尽管地球观测任务可以在每个月的同一时间、同一相位观测月球,以此来观察其仪器灵敏度的变化趋势,但它们还不能将月球作为绝对校准基准。因此Air-LUSI的仪器的出现将提高月球未来作为绝对校准基准的能力。

  Air-LUSI仪器具有三个子系统组件。第一个组件称为IRIS,是辐照仪器子系统的缩写,由NIST设计。它包括一个能够在温度和压力控制的外壳中对月球进行精确测量的仪器。第二个组件是由圭尔夫大学设计和建造的机器人望远镜底座,称为ARTEMIS(自主的机器人望远镜底座仪器子系统),ARTEMIS有一个摄像头,可以扫描天空,直到它找到月亮,并引导望远镜指向它,并将它锁定在适当的位置,而不管飞机的运动。最后一个组件是高空ER-2适配或HERA。HERA包括所有连接组织,如电缆、安装设备以及热稳定部件,它们将仪器一起固定在飞机上。Air-LUSI能够在飞行中记录数据,并将数据从飞机下载到地面。

  托姆说,在不久的将来,许多运行中的气象卫星将受益于将月球视为绝对校准基准的能力。据托姆介绍,这包括目前正在飞行的Suomi国家极轨伙伴关系(Suomi NPP)和20号联合极地卫星系统(JPSS)卫星,以及未来由NOAA及其国际伙伴将要发射的卫星。

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