NASA 利用月光提高卫星精度

该电磁波谱显示了能量怎样在波中传播; 人类只能看到可见光,但 NASA 仪器使用整个光谱来观察地球等等。 信用:美国国家航空航天局

3 月 12 日至 16 日,美国宇航局的机载月球光谱辐照度 (air-LUSI) 登上美国宇航局的 ER-2 飞机,以准确测量月球反射的光量。 反射的月光是一种稳定的光源,研究人员正在利用它来提高地球观测卫星之间测量的准确性和一致性。

“月球非常稳定,在很大程度上不受气候等地球因素的影响。它成为一个非常好的校准参考,一个独立的基准,我们可以通过它设置我们的仪器,看看我们的星球发生了什么,”空气说- LUSI 的首席研究员,马里兰大学帕克分校的研究教授 Kevin Turpie。

air-LUSI 飞行是 NASA 综合卫星校准和验证工作的一部分。 结果将补充地面站点,例如内华达州的 Railroad Valley Playa,并将共同为轨道卫星提供强大的校准数据集。

NASA 拥有 20 多颗地球观测卫星,让研究人员能够从全球视角了解互联的地球系统。 其中许多测量由地球表面、水和大气反射、散射、吸收或发射的光波。 这种光包括人类看到的可见光,以及不可见的紫外线和红外线波长,以及介于两者之间的一切。 就像管弦乐队中的乐器一样,各个卫星乐器需要彼此“合拍”,以便研究人员充分利用他们的数据。 通过将月球用作“音叉”,科学家可以更轻松地比较来自不同卫星的数据,以观察长期的全球变化。

这就是 air-LUSI 的用武之地。air-LUSI 是与美国国家标准与技术研究院 (NIST)、美国地质调查局和麦克马斯特大学合作开发的一种望远镜,可测量从月球表面反射多少光以评估地球观测卫星从月光中接收到的能量。 它安装在 ER-2 飞机上,该飞机由位于加利福尼亚州帕姆代尔的美国宇航局阿姆斯特朗飞行研究中心管理并飞出。 ER-2 是一种高空飞行器,飞行高度为 70,000 英尺,超过 95% 的大气层,可以散射或吸收反射的阳光。 这使得 air-LUSI 能够收集非常准确的 NIST 可追踪测量值,这些测量值类似于卫星从轨道上进行的测量。 为了提高月球反射率模型的准确性,air-LUSI 测量准确,不确定性小于 1%。 在 3 月份的飞行中,air-LUSI 在满月前对月球进行了四个晚上的测量。

这种机载方法的优势在于研究月球不同阶段的月光,同时能够在飞行之间将仪器带回进行评估、维护,并在必要时进行维修。


NASA 的 ER-2 飞机已准备好加油和飞行准备。 信用:肯乌尔里希

改进以提高准确性

air-LUSI 光谱仪密封在外壳内,使仪器始终处于海平面温度和压力下。 望远镜收集的光进入积分球,将光引导到光谱仪,光谱仪是一种测量光波变化的仪器。 air-LUSI 于 2019 年 11 月首次进行类似飞行。此后,air-LUSI 团队不断提高仪器的精度。

该团队改进了内部监视器,以便他们可以更好地检查从紫外到近红外的更大波长范围内的仪器精度。 他们还能够重新设计积分球以消除温度变化的微小影响。

“这将帮助仪器以我们正在寻找的超过 99% 的准确度水平进行测量,”Turpie 说。

做出这些改变具有挑战性。 COVID-19 大流行造成的延误导致负责仪器更新和维修的总工程师制定新的远程工作计划。 他和首席调查员都获得了特别许可,可以将零件直接运送到他们的家中,这样他们就可以在仪器上工作并为 2022 年的飞行做好准备。

以月亮为共同标准

2019 年和 2022 年的数据加在一起有可能帮助科学家使紫外到近红外范围内的地球观测卫星数据更加一致。 此外,共同的月球标准将使比较和微调当前和未来的卫星观测变得更加容易。 美国宇航局即将推出的浮游生物气溶胶, Cloud, 海洋生态系统 (PACE) 任务正计划使用月球作为共同基准,以使其观测更加准确,并与地球的其他卫星测量结果相互一致。 在接下来的十年中,PACE 和美国宇航局地球系统天文台未来的轨道传感器将有助于为我们的星球创造一幅更具凝聚力的画面。

“在地球之外拥有一个共同的校准源将帮助我们实现这一目标,”Turpie 说。 “一旦使用空气 LUSI 测量来提高来自月球的总光量的准确性,我们就可以使用当前和未来的星载天文台对地球进行广泛更准确的测量。”