美国宇航局的EMIT任务开始太空革新气候科学

美国宇航局的 EMIT 任务最初专注于沙漠矿物测绘，现在涵盖了从温室气体检测到积雪分析以及尘埃对气候的影响等一系列研究，反映了对地球和环境科学的重大贡献。图片来源：NASA/JPL-Caltech

自 2022 年 7 月以来，美国宇航局的 EMIT（地球表面矿物尘埃源调查）任务一直在从国际空间站观察我们的星球，即将开始它的下一个行动。

起初，成像光谱仪仅用于绘制地球沙漠地区的矿物图，以帮助确定尘埃对区域和全球气候的冷却和加热影响。该仪器很快又增加了另一项技能：精确定位温室气体排放源，包括垃圾填埋场和化石燃料基础设施。

NASA 的 EMIT 于 6 月 30 日收集了这张巴西北部亚马逊河的高光谱图像，这是绘制全球生态系统生物多样性图谱的努力的一部分。该仪器最初的任务是绘制沙漠上的矿物图谱；它的数据现在被用于各种主题的研究。图片来源：NASA/JPL-Caltech

任务扩展和新应用

继今年的任务扩展后，EMIT 现在正在收集沙漠以外地区的数据，涉及农业、水文学和气候科学等各种主题。

像 EMIT 这样的成像光谱仪可以探测从地球反射的光，并将可见光和红外光分离成数百个波长带——本质上是颜色。科学家使用不同波长的反射和吸收模式来确定仪器所观察物质的成分。这种方法与艾萨克·牛顿 1672 年的棱镜实验相呼应，在实验中，这位物理学家发现可见光是由彩虹色组成的。

“光学、物理学和化学领域的突破让我们有了今天这种不可思议的仪器，它提供的数据有助于解决地球上的紧迫问题，”EMIT 应用负责人、美国宇航局南加州喷气推进实验室的 Dana Chadwick 说道。

NASA 的 EMIT 位于国际空间站，可以区分不同种类的植被，帮助研究人员了解植物群落的分布和特征。该仪器于 4 月 23 日在美国中大西洋地区收集了这些数据。图片来源：NASA/JPL-Caltech

利用 EMIT 的新研究项目

在其扩展任务中，EMIT 的数据将成为 NASA 空间和地球科学研究机会 (ROSES) 计划下 16 个新项目的重点，该计划为大学、研究机构和 NASA 的科学研究提供资金。

例如，美国地质调查局 (USGS) 和美国农业部 (USDA) 农业研究服务处正在探索 EMIT 如何评估气候智能型农业实践。这些实践——冬季覆盖作物和保护性耕作——包括在非生长季节用活植物或死植物保护农田，以防止侵蚀和管理氮。

农业和环境管理

成像光谱仪能够根据植物和植物物质反射的光模式收集有关植物和植物物质分布和特征的数据。这些信息可以帮助农业机构激励农民采用可持续的做法，并可能帮助农民管理他们的田地。

“我们正在提高提供给最终用户的测量精度，减少误差，”位于科罗拉多州柯林斯堡的农业研究服务研究物理科学家、项目联合负责人 Jyoti Jennewein 说。

USGS-USDA 项目还为 NASA 未来的表面生物学和地质学 - 可见短波红外任务提供了分析方法。该卫星将比 EMIT 更频繁地覆盖地球的陆地和海岸，具有更高的空间分辨率。

提高融雪估计值

另一个新项目将测试 EMIT 数据是否有助于改进积雪融化率的估计值。这种改进可以为加利福尼亚州等州的水资源管理提供参考，这些州的融水占农业用水的大部分。

像 EMIT 这样的成像光谱仪可以测量雪的反照率——即反射的太阳辐射百分比。没有反射的部分会被吸收，因此观测结果可以表明雪吸收了多少能量，这反过来有助于估计融雪率。这些仪器还可以辨别出影响反照率的因素：雪粒大小、灰尘或烟尘污染，或两者兼而有之。

对于这项工作来说，EMIT 测量可见光以外的光线的能力是关键。加州大学圣巴巴拉分校名誉教授、该项目首席研究员 Jeff Dozier 表示，冰“在近红外和短波红外波长下具有很强的吸收性”。

其他 ROSES 资助项目则侧重于野花盛开、浮游植物和内陆水域的碳动态、生态系统生物多样性和森林的功能性状。

了解尘埃对气候的影响

EMIT 的研究人员将继续研究尘埃对气候的影响。当被风暴吹到空中时，颜色较深、含铁的尘埃会吸收太阳的热量并使周围的空气变暖，而颜色较浅、富含粘土的颗粒则起到相反的作用。科学家们一直不确定空气中的尘埃对地球的整体降温还是变暖作用。在 EMIT 之前，他们只能假设某个地区的颗粒颜色。

EMIT 任务的副首席研究员、纽约州伊萨卡康奈尔大学地球系统科学家 Natalie Mahowald 表示，EMIT 任务“为我们提供了实验室质量的结果，我们需要知道的任何地方都有”。Mahowald 通过将数据输入地球系统计算机模型，希望能够更接近于精确定位尘埃对地球变暖的气候影响。

温室气体检测

该任务将继续识别甲烷和二氧化碳的点源排放，这是造成气候变化的最主要温室气体，观测结果可通过 EMIT 的数据门户和美国温室气体中心获得。

EMIT 团队还在改进识别和测量数据中温室气体羽流的软件，并致力于通过机器学习自动化简化流程。根据 NASA 的开放科学计划，他们正在与从事类似工作的公共、私人和非营利组织共享代码。

“将这项工作公开，从根本上推动了测量点源排放的科学发展，并扩大了 EMIT 数据的使用范围，”负责 EMIT 温室气体工作的 JPL 研究技术专家 Andrew Thorpe 说。

更多关于 EMIT 的信息

EMIT 仪器由 NASA 的喷气推进实验室 (JPL) 开发，由加利福尼亚州帕萨迪纳的加州理工学院为该机构管理。 EMIT 于 2022 年 7 月发射至国际空间站，其任务将持续三年，支持一系列研究项目。EMIT 的数据产品可在 NASA 陆地过程分布式活动档案中心获取，供其他研究人员和公众使用。

编译自/scitechdaily