“碳衛星”開啟“碳密”之旅

2016年12月22日3時22分，我國在酒泉衛星發射中心成功發射全球二氧化碳監測科學實驗衛星（簡稱“碳衛星”）。這是我國首顆、全球第三顆專門用于“看”全球大氣中二氧化碳含量的衛星。

“千里眼”看顏色識氣體

從厚厚包裹著地球的大氣層中識別出哪些氣體是二氧化碳，要畫出一張張“動態圖”——碳衛星需安上特制的“千里眼”。

本次發射的碳衛星搭載了一臺高光譜與高空間分辨率二氧化碳探測儀。這臺探測儀的工作原理是在可見光和近紅外譜段，利用分子吸收譜線探測二氧化碳濃度。

用通俗的話說，就是通過看“顏色”來識別二氧化碳氣體。中科院長春光學精密機械與物理研究所（下稱“長春光機所”）研究員鄭玉權解釋，太陽光經過空氣時，空氣中的二氧化碳分子對許多精細的顏色有了不同程度吸收。通過光學儀器對這些色彩進行非常精準的測量，可反向推算出二氧化碳分子數量，從而得知大氣中的二氧化碳濃度。

碳衛星項目要求大氣中二氧化碳的濃度監測精度優于4ppm（百萬分比濃度），即當大氣中二氧化碳含量變化超過百萬分之四時，“千里眼”就必須發現。

長春光機所助理研究員藺超說，長春光機所為此制造了大面積衍射光柵，相當于在頭發絲的寬度上劃出200余條形狀和直線度要求很高的刻線，“這樣的精密元件如同細密梳子，才能過濾出更為精細的色彩?！?/p>

“高精尖”未來有望測霧霾

碳衛星上除了搭載二氧化碳探測儀，還有另一件“利器”——多譜段云與氣溶膠探測儀。這臺探測儀可以測量云、大氣顆粒物等輔助信息，為科學家精確反向推演二氧化碳濃度剔除干擾因素。

多譜段云與氣溶膠探測儀雖然不是“主角”，但可能會帶來許多意想不到的收獲。

碳衛星工程地面應用系統總設計師楊忠東說，多譜段云與氣溶膠探測儀能監測大氣中的顆粒物，能幫助氣象學家提高天氣預報的準確性，并為研究PM2.5等大氣污染成因提供重要數據支撐。

研究人員表示，具體如何監測霧霾要等碳衛星傳送回第一份數據后再做分析判斷。

此外，碳衛星實現全球觀測是衛星平臺頻繁調整姿態、“翩翩起舞”的結果。在此過程中，科研人員突破了多項關鍵技術，實現了技術跨越發展。

目前，全球二氧化碳地面觀測站點總共僅有數百個，難以滿足監測需求，只有用衛星俯瞰才能繪制二氧化碳分布的全景圖。而由于技術難度極高，目前僅有兩顆衛星從太空監視地球溫室氣體排放：一顆由日本在2009年發射，一顆由美國在2014年發射。科技部國家遙感中心總工程師李加洪介紹，我國發射的碳衛星通過地面數據接收、處理與驗證系統，定期獲取全球二氧化碳分布圖，使我國在大氣二氧化碳監測方面躋身國際前列。