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

　　紫外臨邊成像光譜儀，誰來設(shè)計和研制?

　　紫外臨邊成像光譜儀由長春光機所和大氣物理所共同承擔。其中，長春光機所作為載荷承研單位，負責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研究。而大氣物理所承擔的是應(yīng)用研究，負責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。

　　整個設(shè)計研制過程，中國科學(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，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。

　　怎么才能實現(xiàn)對這些重要氣體的觀測?這時，紫外臨邊成像光譜儀就能發(fā)揮重要作用。作為天宮二號上搭載建立的“天眼”，它能執(zhí)行在地面上不可能實現(xiàn)的觀測大氣痕量氣體含量、分布及其變化的任務(wù)，對監(jiān)測大氣狀態(tài)、研究氣候變化及成因、保護地球生態(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，這些詞匯對我們地球居民而言已然不陌生。不過，單靠只能感覺可見光的人眼，無法透視大氣層的變化，更不用說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臭氧層以上的大氣層進行探測，此次發(fā)射升空的“天宮二號”搭載了洞悉大氣的“天眼”—— 紫外臨邊成像光譜儀，在太空對地球大氣進行“層析”式探測研究。

（臭氧層是地球的保護傘）

　　“天眼”不僅能看到人眼所能看到的可見光，更將視野擴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，大氣中的一切都無所遁形，整個大氣層的密度、臭氧、氣溶膠、有害氣體等的垂直分布(每層的分布)及其變化，包括對中層大氣狀態(tài)與擾動的監(jiān)測等，都能幫助我們了解太陽活動、大氣與地球天氣及氣候的關(guān)系，同時還能觀測全球環(huán)境變化。

　　紫外臨邊成像光譜儀，到底有多牛?

　　首次將我國空間紫外光譜遙感拓展到紫外成像光譜探測領(lǐng)域

　　中國科學(xué)院長春光機所早在2002年發(fā)射的神舟三號飛船上就成功搭載了“太陽紫外光譜監(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)展了風云三號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)運行。

　　目前我國風云三號衛(wèi)星在軌運行的紫外遙感儀器僅限于探測光譜信息，而天宮二號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)合觀測示意圖 ）

　　我國首次實現(xiàn)空間紫外臨邊大氣探測

　　我國風云三號衛(wèi)星在軌運行的紫外遙感儀器只具備天底觀測功能(垂直對地觀測)，具有很高的空間覆蓋范圍，儀器通過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。

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

　　國際上首次實現(xiàn)天底探測與多方位臨邊探測結(jié)合進行大氣痕量氣體遙感

　　當前國際上已有的紫外臨邊探測儀器大多是單個方向(前向)，個別有前向和側(cè)向。然而這些探測的明顯局限是只能得到一個很窄徑跡上的數(shù)據(jù)，相鄰軌道之間有巨大空隙，全球覆蓋的時空代表性差，不能獲得較密的時空覆蓋，不能揭示中小尺度變動特征。就如管中窺豹，可見一斑而難知整體。

　　天宮二號紫外臨邊成像光譜儀將“前向”和“環(huán)形”組合探測，實現(xiàn)了垂直對地的天底探測和對地球切線方向的臨邊多方位探測組合及反演比對，實現(xiàn)了對地球大氣的多方位、高光譜、多時空分辨率觀測，達到比一般臨邊探測更高水平的層析反演，在國際上是首創(chuàng)。該項技術(shù)驗證及科學(xué)實驗為下一步空間大氣臨邊成像光譜探測的業(yè)務(wù)化運行奠定了基礎(chǔ)，將在大氣痕量氣體監(jiān)測、天氣預(yù)報、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”，它們同時對地球大氣層進行天底和臨邊探測。

　　“前向天眼”視線對準地球臨邊切線方向上某高度范圍的大氣，測量臨邊探測路徑上單次和多次散射的太陽光譜輻射，通過反演計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”對地球臨邊大氣進行了切片式探測，因此可以獲得很高的垂直分辨率。

　　“環(huán)形天眼”具備同時對天底大氣和臨邊大氣多方位探測的功能。假如將大氣層比作一處美景，天底觀測便如在它頭頂盤旋的小鳥，能看到的是輪廓和總量，而臨邊觀測則相當于儀器與地球邊緣大氣并肩而立，可以細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，通過反演計算可以獲取大氣痕量氣體多方位的時空分布，進而為大氣環(huán)境監(jiān)測和大氣科學(xué)研究等提供服務(wù)。

　　利用紫外光譜臨邊探測數(shù)據(jù)，可獲取高時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)及三維分布二級產(chǎn)品L2A。(整理|泰伯網(wǎng) 歐陽雯)