焦點科普：國際“嗅碳”衞星家族都有誰

新華社北京１２月２２日電 ２２日３時２２分，中國成功發射全球二氧化碳監測科學實驗衞星（簡稱“碳衞星”）。這是我國首顆、全球第三顆專門用於監測大氣中二氧化碳含量的“嗅碳”衞星。國際“嗅碳”衞星大家庭又多了一名新成員。

“嗅碳”衞星作為人造地球衞星中專門用於測量地球二氧化碳濃度的衞星，測量精度可達到百萬分之一。不過，由於技術難度極高，目前僅有３顆“嗅碳”衞星在太空中工作，分別是觀測大氣中二氧化碳和甲烷等濃度的日本“呼吸”號、專門測量大氣中二氧化碳濃度的美國“軌道碳觀測者２號”以及我國新發射的首顆碳衞星。

為何要發射“嗅碳”衞星？人類目前每年因使用礦物燃料向地球大氣中排放的二氧化碳超過３００億噸，生物燃料、森林火災以及農業焚燒等每年共排放二氧化碳達５５億噸。過去５０年來，人類活動導致的二氧化碳排放已使大氣中的二氧化碳水平升高了近２０％。科學界認為，人類活動使自然界的碳循環失衡，以二氧化碳為主的温室氣體是導致全球氣候變暖的主要因素。全球二氧化碳排放急需更精確的監測研究。

科學界對二氧化碳排放及相關問題也還有許多不甚清楚的地方，如自然界天然排放的二氧化碳所佔比例，這一比例如何變化以及海洋系統如何吸附二氧化碳等。同時，掌握二氧化碳在各地區的循環和分佈情況是研究氣候變化不可或缺的。

日本“呼吸”號

２００９年１月２３日，世界首顆温室氣體觀測衞星——日本“呼吸”號發射升空。它由日本宇宙航空研究開發機構和環境省共同開發，長２米、寬１．８米、高３．７米，發射重量約１．７５噸。衞星在近地點高度約６６７公里、遠地點高度約６８３公里的太陽同步準迴歸軌道上運行，用高精度的傳感器觀測地球上二氧化碳等温室氣體的濃度。

“呼吸”號配備兩部光學傳感器，其中一部用於觀測太陽發射並經地表反射的紅外線以及地表和大氣自身發出的紅外線。由於紅外線穿過二氧化碳和甲烷等温室氣體時，其特定的波長會被吸收，“呼吸”號據此推算出大氣中這兩種氣體的濃度。另一部傳感器用於觀測導致測定出現誤差的雲層和氣溶膠，以提高温室氣體觀測精確度。

“呼吸”號一邊以約１００分鐘一週的速度繞地球運行，一邊運用搭載的高精度温室氣體監測傳感器對全球約５．６萬個觀測點實施觀測，每３天就可以收集到全部觀測點的最新數據。

日本宇宙航空研究開發機構稱，“呼吸”號發射之前，用於監測二氧化碳濃度分佈的地面觀測點數量有限，且分佈不均；“呼吸”號投入工作後，科研人員得以把來自太空的全球監測數據、地面數據和模型結合，從而精確監測二氧化碳濃度分佈。

此外，“呼吸”號還能幫助科研人員進一步瞭解地球生態系統究竟能吸收和釋放多少二氧化碳。

美國“軌道碳觀測者２號”

２０１４年７月２日，美國第一顆“嗅碳”衞星——“軌道碳觀測者２號”發射升空，主要使命是監測研究地球大氣中的二氧化碳水平。

美國航天局稱，“軌道碳觀測者２號”是一個新的全球觀測工具，將提供迄今最詳細的關於二氧化碳自然來源和地球表面從大氣中吸收二氧化碳的信息，並研究它們在全球的分佈情況以及未來變化趨勢。

“軌道碳觀測者２號”的“秘密武器”是３台高分辨率光譜儀，科學家可以通過這些儀器估算大氣中二氧化碳等物質的相對濃度，以實現對地球大氣二氧化碳水平更精確、全面的測算，並更準確地預測氣候變化。

科研人員把“軌道碳觀測者２號”所獲數據與通過地面觀察站、飛機以及其他衞星所獲數據結合分析，並把新數據引入計算機模型，以瞭解人類活動和自然界排放二氧化碳、以及自然界吸收二氧化碳等情況的更完整信息。

美國航空航天局計劃共發射６顆類似的地球監測衞星，這種衞星每９９分鐘繞地球運行一週，６顆衞星可實現對地球的全面同步觀測。“軌道碳觀測者２號”的設計工作年限為至少兩年，是這一系列衞星中的第一顆。

早在２００９年２月，美國首顆“嗅碳”衞星在發射升空過程中因運載火箭出現故障而墜毀，給全球氣候變化研究造成重大損失。