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美國國家航空航天局的CloudSat衛星結束了窺視地球云層中心的任務

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美國國家航空航天局的CloudSat衛星結束了窺視地球云層中心的任務


一位藝術家的概念展示了美國國家航空航天局的CloudSat航天器在地球上空的軌道上 。它于2006年啟動，在2024年3月壽命結束時退役之前，提供了第一次全球云特性調查 。圖像：NASA/JPL
據美國宇航局（Sally Younger）：在近二十年的時間里，其強大的雷達提供了前所未有的云層細節 ， 并幫助推進了全球天氣和氣候預測 。
美國國家航空航天局的一項任務CloudSat已經結束了其運營，該任務曾觀測颶風，統計全球降雪率，并實現了其他天氣和氣候方面的第一 。該航天器最初被提議執行22個月的任務，在觀測了近18年的垂直結構和云層的冰/水含量后，最近退役 。
按照計劃 ， 這艘航天器已經到了壽命的盡頭，無法再進行定期觀測 。上個月，它被送入軌道，最終將在大氣層中解體 。
2006年發射時，該任務的云剖面雷達是第一個在太空飛行的94 GHz波長（W波段）雷達 。它的靈敏度是典型的地面天氣雷達的一千倍，它產生了一種新的云視覺——不是屏幕上的平面圖像 ， 而是布滿冰和雨的大氣層的3D切片 。
位于南加州的美國國家航空航天局噴氣推進實驗室的首席研究員格雷姆·斯蒂芬斯說，科學家們首次可以一起觀測云層和降水 。他說：“如果沒有云，人類就不會存在 ， 因為它們提供了我們所知的生命所需的淡水 。” ?！坝捎谒鼈兞钊死Щ蟮奶匦?，我們有時稱它們為聰明的小魔鬼 。在預測氣候變化方面，云一直是個謎 ?！?br>
美國國家航空航天局的CloudSat衛星結束了窺視地球云層中心的任務


2009年8月，美國國家航空航天局的CloudSat在美國東海岸附近掠過颶風比爾，捕捉到了4級風暴眼的數據 。這對圖像顯示了該機構的Aqua衛星（頂部）的視圖，以及CloudSat雷達測量到的云層的垂直結構（底部） 。圖像：杰西·艾倫 ， 美國國家航空航天局地球觀測站
長期以來 ， 云蘊藏著許多秘密 。在CloudSat之前，我們不知道云在全球范圍內產生雨雪的頻率 。自發射以來，我們在理解云層如何冷卻和加熱大氣層和表面，以及它們如何導致飛機結冰方面也取得了長足的進步 。
CloudSat的數據為數千份研究出版物提供了信息 ， 并繼續幫助科學家做出關鍵發現，包括全球冰和水云的含量，以及云如何通過在大氣中捕獲熱量來加速格陵蘭島和極地的冰融化 。
抵御風暴
多年來，CloudSat飛越了名為Maria、Harvey和Sandy的強大風暴系統，在它們盤旋的卷云樹冠下窺視 。它的云剖面雷達擅長穿透云層，幫助科學家探索熱帶氣旋是如何以及為什么會增強的 。
在CloudSat的整個生命周期中，發生了幾個可能導致任務結束的問題，這些問題與航天器的電池和用于控制衛星方向的反作用輪有關 。CloudSat團隊開發了獨特的解決方案，包括在每個軌道的非日照部分“休眠”航天器以節省電力 ， 以及用更少的反作用輪對其進行定向 。他們的解決方案使操作得以繼續，直到2023年12月云廓線雷達被永久關閉 。
CloudSat在JPL的項目經理Deborah Vane說：“作為一個NASA大家庭 ， 我們有敬業和有才華的團隊，可以做以前從未做過的事情，這是我們的一部分 。” 。“我們用從未有人使用過的技術從這些異常中恢復過來 ?！?br>姐妹衛星
CloudSat于2006年4月28日與一顆名為CALIPSO（云氣溶膠激光雷達和紅外探路衛星觀測的縮寫）的激光雷達衛星同步發射 。這兩艘航天器加入了地球軌道上的國際天氣和氣候跟蹤衛星星座 。
雷達和激光雷達被認為是“主動”傳感器，因為它們將能量束引導到地球——在CloudSat的情況下是無線電波，在CALIPSO的情況下則是激光——并測量能量束如何從云層和大氣中的細顆粒物（氣溶膠）反射 。其他軌道科學儀器使用“被動”傳感器來測量反射的陽光或地球或云層發出的輻射 。
CloudSat和CALIPSO的軌道間隔不到一分鐘，以太陽同步軌道從北極到南極繞地球一周，每天下午早些時候和午夜之后穿過赤道 。他們重疊的雷達激光雷達足跡穿透大氣層的垂直結構 ， 研究薄云和厚云，以及可能影響云形成的塵埃、海鹽、灰燼和煤煙等空氣傳播顆粒層 。
氣溶膠對云層的影響仍然是全球變暖預測的一個關鍵問題 。為了探索這一問題和其他問題，最近發射的PACE衛星和美國國家航空航天局地球系統天文臺未來的任務將以CloudSat和CALIPSO的新一代遺產為基礎 。
斯蒂芬斯說：“2030年的地球將不同于2000年的地球 ?！??！笆澜绨l生了變化 ， 氣候也發生了變化 。繼續進行這些測量將使我們對不斷變化的天氣模式有新的見解 。”
更多關于任務
CloudSat項目由噴氣推進實驗室為美國國家航空航天局管理 。噴氣推進實驗室在加拿大航天局的重要硬件貢獻下開發了云剖面雷達儀器 ?？屏_拉多州立大學提供科學數據處理和分發 。科羅拉多州布魯姆菲爾德的BAE系統公司設計并建造了該航天器 。美國太空軍和美國能源部提供了資源 。美國和國際大學及研究中心為任務科學團隊提供支持 。加州帕薩迪納的加州理工學院為美國國家航空航天局管理噴氣推進實驗室 。
CALIPSO是美國國家航空航天局和法國國家空間研究中心的聯合任務，于2023年8月結束了任務 。