波音747搭載望遠鏡 意外提供大氣研究新視角

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【大紀元2021年06月20日訊】(大紀元記者笛睿編譯報導)SOFIA觀測台(全稱是紅外天文平流層天文台),是美國宇航局(NASA)和德國航空航天中心合作的項目,把一架波音747SP客機改裝,搭載紅外線觀測設備,定期飛到空中進行各種觀測任務。

十年前,德國研究員胡伯斯(Heinz Hübers)引領的研究組把其中一個紅外線儀器升級為德國太赫茲天文學接收器(GREAT),用上了先進的激光技術。SOFIA觀測台的主要目標是進行天文觀測,從黑洞、星系、恆星到月球都是它的觀測對象。

可是,胡伯斯意識到SOFIA也許還可以用於觀測地球的大氣層,因為「SOFIA要透過地球的高層大氣才能觀測周圍的宇宙。」胡伯斯說。

這個研究組最近發表的研究第一次利用GREAT的數據,直接測量了地球上層大氣——中間層(mesosphere)和暖層(thermosphere)內氧氣的含量。

地球大氣層從地面向高空依次分為對流層、平流層、中間層、暖層和外層。中間層離地30英里以上,是科學家了解甚少的一個大氣區域。因為地面的望遠鏡被低層大氣內大量水蒸氣阻擋;高空軌道望遠鏡必須依賴其它物質間接地去推測在其之下大氣內的氧含量,無法進行直接測量。

而搭載在波音747SP客機上的SOFIA飛行高度離地約7英里,有著獨特的觀測優勢:高於99.9%水蒸氣所處在的大氣高度,而且內部空間足夠大以搭載直接測量氧氣所需的紅外線儀器。

SOFIA能夠直接測量到高層大氣內氧原子的含量。這種氧與地球表面生物賴以生存的氧氣不一樣。科學家推測,原子氧對高層大氣起到降溫的作用。這份研究終於證實了這個理論,增進了科學家對太陽能在地球表面和太空之間如何交換的認知。

SOFIA在多年的飛行任務里已經積累了大量的檔案資料。可是,由於它的任務是太空觀測,所以地球大氣層的數據對於天文學家來說,一直是需要過濾掉的「噪音數據」。

儘管胡伯斯以前就想到可以利用這些數據,但是也花了好幾年時間才找到合適的工具、合適的方法去校正、分析這些數據。

「雖然大氣數據是天文觀測任務的副產品,但是我們很高興地看到SOFIA對更好地了解我們的星球做出了貢獻。」胡伯斯說。

這份研究的數據來自2015年SOFIA從加州起飛、沿著海岸飛往加拿大的那次任務。有了這次的成功,科學家將使用SOFIA更多的數據進行類似的研究。這包括在南半球冬天的一次新西蘭飛行任務,和近期在德國的飛行任務等,將對一年四季、以及全球各地的地球高層大氣如何變化提供有價值的信息。

這份研究1月26日發表於《自然·地球通信與環境》(Nature Communications Earth and Environment)期刊。◇

責任編輯:朱涵儒

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