气候连线 | 如果天气良好，且运气不错，美国宇航局最新的地球观测卫星将于周二清晨从佛罗里达州卡纳维拉尔角发射。此次飞行将结束近十年的任务开发，其有效载荷可能有助于开创地球科学的新时代。
PACE卫星任务的项目科学家杰里米·韦德尔说：“这是开创性的。我在美国宇航局工作了25年，这是我感觉我可以不断深入研究的第一个任务，而不是确切地知道我将得到什么。它不仅会产生大量我们现在没有的全新数据，而且将有效地揭示许多新的发现。”
PACE代表浮游生物、气溶胶、云、海洋生态系统，新任务将使科学家能够比以往任何时候都更详细地观察所有这些。污染颗粒和微小的海洋生物本身听起来可能并不令人兴奋，但它们是理解当今塑造地球的一些最重要过程（包括气候变化）的关键。
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三台高科技新仪器使这些观测成为可能。
该卫星配备了两个偏振计，它们观察阳光从下方空气中的物体或颗粒反射时所呈现的某些特性。反过来，这些观测有助于揭示光线照射的颗粒的具体特征。它们对于观察大气中的云和气溶胶，包括灰尘、野火烟雾和工业空气污染特别有用。
据美国宇航局科学家、该任务的偏振测量负责人柯克·克诺贝尔斯皮斯说，这些是现存最先进的偏振计。它们都是多角度仪器，意味着它们从一系列不同的视点收集图像，为科学家提供他们正在研究的云和颗粒最完整的图像。
如今，很少有卫星具备这种能力。而PACE的仪器将是唯一收集公共数据的仪器之一。
该任务的旗舰仪器——美国宇航局定制的唯一同类仪器——是其海洋颜色仪器（OCI），这是一种光谱辐射计，可测量发射光的波长和振幅。更简单地说，它是一种检测颜色的仪器。而且它非常擅长它的工作：OCI可以检测到200多个波段的颜色信息，从紫外线光谱到可见光，一直到红外线。
与之前的卫星任务相比，这是一个进步，之前的卫星任务只能观察到几种不同的蓝色、绿色和红色。新的功能将使科学家能够区分海洋中不同的浮游生物群落，从而使他们对海洋生态系统有新的认识。
该任务的海洋项目副科学家安东尼奥·曼尼诺说：“通过获得整个光谱的信息，我们可以观察以前无法观察到的色素。我们使用的一个比喻是从一盒8色蜡笔变成一盒248种左右的颜色。”
云和气候之谜
对海洋和大气进行更详细的观测可以为各种研究提供信息，包括从有毒藻类繁殖到空气质量再到云与全球变暖之间联系的一切研究。
浮游生物群落是海洋健康的主要指标。这些微小的生物是海洋食物网的基石，了解海洋特定区域存在哪些物种可以帮助科学家预测水中的氧气含量、周围有哪些鱼类以及它们的种群健康状况。这对渔业来说是有价值的信息。
新的观测还可以提供有关有毒藻类繁殖的早期预警，这不仅会损害渔业和其他海洋生物，还会损害沿海人类社区。
浮游生物群落甚至可以帮助科学家估计海洋从大气中吸收了多少二氧化碳。这对气候科学家来说是有价值的信息，他们试图预测未来几年地球变暖的速度。
PACE还将帮助研究人员更好地观察大气中的气溶胶和云，并解决气候科学家如今正在研究的一些最大问题。
劳伦斯利弗莫尔国家实验室的大气科学家马克·泽林卡（未参与PACE任务）说：“就我们未来气候走向而言，有两个主要的不确定性困扰着我们。其中一个是人类，另一个是云。”
不同类型的云可以使气候变暖或变冷，具体取决于其水滴的大小、数量和成分等物理特性。了解云的形成方式以及随着地球变暖它们如何变化，对于准确预测未来的气候变化至关重要。
气溶胶也与云研究密切相关。当水滴在空气中的微小颗粒周围凝结时，就会形成云。不同类型的气溶胶会影响水滴的大小和数量，从而改变云的物理特性。但是科学家们对这些物理过程究竟是如何运作的仍然有很多疑问。
泽林卡说：“气溶胶在多大程度上影响云或以何种方式影响云仍然很不确定。”
他补充说，这就是改进的卫星观测如此重要的原因。更多的数据可以帮助科学家更好地理解这些过程，然后将其纳入他们用来预测地球未来气候的模型中。
PACE的偏振测量负责人克诺贝尔斯皮斯说：“我们无法在实验室中建造地球。我们唯一的实验室是地球。但是我们无法随时随地看到地球。因此，对地球进行良好的观测将有助于我们更好地理解和改进我们的模型，这将有助于我们预测未来会发生什么。”
PACE的观测还将使科学家能够更好地了解世界各地的污染和空气质量，这对寻求改善人类健康的科学家和政策制定者来说是非常重要的信息。
韦德尔说，所有三种仪器及其观测结果的结合将有助于科学家最全面地了解地球大气层及其海洋之间的密切联系。
他说：“就宏大的气候意义而言，我们的贡献是为了更好地理解气溶胶、海洋和云如何相互作用，着眼于有效地理解它们在变暖的大气和随之变暖的海洋中的各种作用。”
“黄金标准”
PACE计划于周二美国东部时间凌晨1:33或之后发射，可能会因天气原因延误。此次发射将翻开多年工作的新篇章。
韦德尔说，美国宇航局的科学家大约在20年前就开始考虑该项目。其想法是开发一项任务，以补充美国宇航局的其他地球观测卫星计划，例如长期运行的陆地卫星计划、海洋观测的SeaWiFS项目以及专注于地球水循环的Aqua任务。
据韦德尔称，在经过十多年的思考、计划和发布有关潜在的新地球观测系统的报告后，美国宇航局总部于2014年12月正式批准了该项目。自那时以来，各个项目团队已经详尽地绘制了该任务的技术规范、其对科学研究的影响以及对普通人类社区的价值，包括其在渔业和空气质量监测中的应用。
该项目并非没有挑战。美国历史上最长的政府停摆——2018年12月至2019年1月之间长达34天——导致美国宇航局的大部分员工暂时休假。新冠疫情后来导致发射时间表大幅延迟，原计划在2022年秋季的某个时间进行发射。
但也有美好的回忆，韦德尔说。2023年11月14日，PACE航天器最终从马里兰州的美国宇航局戈达德太空飞行中心运到佛罗里达州的肯尼迪航天中心，使该项目进入最后阶段。
韦德尔说：“把它装上卡车，看到它到达佛罗里达州真是太棒了。”
一旦卫星进入轨道，它将几乎立即开始收集数据——尽管可能还需要一两个月的时间才能进行所有必要的测试，以确保一切都已上线并正常工作。
韦德尔说：“在那60天结束时，闸门就打开了。”
他补充说，该任务突显了美国宇航局对地球和气候科学的贡献。
他说：“没有类似的任务。这是一项对海洋和天空进行综合跨学科研究的任务，它填补了美国或国外其他机构都没有追求的空白。我认为它将成为美国宇航局地球科学存在的黄金标准。”
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