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美气候卫星退役在即
来源:中国科学报      作者:赵熙熙      时间:2017-09-24 18:04      关键词:
摘要:旨在测量融化冰盖对地球环境影响

 

艺术家笔下环绕地球的GRACE。图片来源:NASA/JPL

本报讯 一名地球气候的哨兵正变得越来越虚弱。美国宇航局(NASA)9月15日宣布,在超过其预期寿命服役了10年之后,重力恢复和气候实验(GRACE)卫星几乎已耗尽燃料,并将很快进行最后一轮科学实验。这两颗串联在一起的卫星——被称为GRACE-1和GRACE-2

——测量了地球重力的微小变化,从而绘制出地球上的质量流动图,比如极地冰盖的突然融化和地下蓄水层的水位下降。

科学家曾希望GRACE能一直运作,直到其继任者——价值5.5亿美元的GRACE-FO项目到达预定轨道。然而,GRACE-FO的发射因故推迟到2018年年初。与此同时,GRACE-2携带的用于储存太阳能的电池在迅速失效,迫使该卫星通过燃烧燃料运行。NASA工程师于去年关闭了一个加速计以保持它的运行,但卫星自身的数据一直在下降。

9月4日,在另一个电池停止运行后,科学家与GRACE-2失去了联系。在接下来的4天里,科学家们进行了疯狂的工作以试图拯救这颗卫星。最后,他们绕过了卫星的飞行软件,成功地重新启动了它。NASA现在已经把GRACE-2设置为待命状态直至10月中旬,届时它将再次运行直到11月初,目的是完成最后一次计划中的科学采集工作。

然而加利福尼亚州帕萨迪纳市NASA喷气推进实验室冰川学家Eric Rignot指出,这些任务之间的缺口将会使生成一个天衣无缝的记录变得难上加难。有一些替代的方法可以用来计算由GRACE提供的观测数据,因此采取权宜之计是可能的。例如,冰盖质量的变化可以通过使用其他卫星的数据加以估算。但并没有类似的方法能够用来监测冰川或冰盖质量变化,更不用说水文学家从卫星上获得的地下水和土壤水分的测量方法了。Rignot说:“填补这一空缺将是一项不可能完成的任务。”

在美国与德国的共同努力下,GRACE自2002年发射以来,为科学家了解地球上的水和冰提供了前所未有的视野。这一实验依赖于测量两颗卫星围绕地球运行时的引力作用变化。在相距220公里的地方,GRACE卫星不断用微波脉冲监测彼此之间的距离直至微米。当卫星接近一个更大质量的特征后,比如一个冰盖,这个区域增强的引力能够短暂扩大两颗卫星之间的距离,而距离的变化最终可以被转化为质量。

这些数据彻底改变了整个学科,例如水文学,并使科学家能够记录由于人类开采而导致的地下水流失情况。GRACE的数据表明,融化的极地冰盖对海平面上升的贡献超过了高山冰川的消亡。它还发现,格陵兰岛平均每年流失2800亿吨的冰,而南极洲则正在减少1200亿吨的冰,并且这两个速率似乎都在加速。GRACE还激发了其他类似的任务,例如NASA的重力恢复和内部实验室,用于探测月球内部情况。

加利福尼亚大学欧文分校地球物理学家Isabella Velicogna说,在GRACE的档案数据中,还有很多研究可以做。例如,Velicogna和她的同事最近使用GRACE的数据第一次观察到一种奇怪的、违反直觉的效应——格陵兰岛和南极洲融化冰盖正在向海洋中注入水,并增加了海平面的上升趋势。但是,消失的冰也意味着失去的重力,所以冰盖附近的海平面实际上下降了,而半个地球之外的海平面却在上升。这种被称为“海平面指纹”的动态,在这一领域得到了广泛的认可,而GRACE提供了第一个确认其发生的直接证据。

Velicogna表示,尽管出现这种数据缺口是很不幸的,但这并不是说GRACE就此完结。而GRACE-FO本质上是第一次任务的延续,它将通过测量两颗卫星之间的距离提供更好的质量分辨率,不仅仅是用微波,还用一种实验性的激光测距仪。同样的技术有朝一日也可以帮助计划中的卫星星座捕捉引力波。

(赵熙熙)