點贊 | 今晨，我國成功發射一顆很特別的衞星，未來有望測霧霾
12月22日3時22分，我國首顆全球二氧化碳監測科學實驗衞星（TANSAT，簡稱“碳衞星”或“嗅碳衞星”）在酒泉衞星發射中心成功發射升空。
該衞星的成功研製和後續在軌穩定運行，將使我國初步形成針對全球、中國及其他重點地區大氣二氧化碳濃度監測能力。此次任務，還搭載發射了1顆高分微納衞星和2顆光譜微納衞星。
搭載着我國首顆全球二氧化碳監測科學實驗衞星的長征二號丁運載火箭一飛沖天
此次發射的碳衞星，是我國首顆、全球第三顆**專門用於“看”全球大氣中二氧化碳含量的衞星。
據中科院空間中心副主任、碳衞星工程副總指揮龔建村介紹，該衞星的成功研製和後續在軌穩定運行，將使我國初步形成針對重點地區乃至全球的大氣二氧化碳濃度監測能力，填補了我國在温室氣體檢測方面的技術空白，對充分了解全球碳循環過程及其對全球氣候變化的影響具有重要意義，可以提升我國在國際氣候變化方面的話語權。
搭載着我國首顆全球二氧化碳監測科學實驗衞星的長征二號丁運載火箭點火發射
“千里眼”如何“看”二氧化碳？
——詳解我國首顆碳衞星
太空中怎麼能“看”到二氧化碳？“看”到了二氧化碳又有什麼用？這顆衞星還帶了哪些“高精尖”科技？記者採訪相關專家，揭開碳衞星的神秘面紗。
“千里眼”看顏色識氣體
從厚厚包裹着地球的大氣層中，識別出哪些氣體是二氧化碳，還要畫出一張張“動態圖”——碳衞星需要安上特製的“千里眼”。
早在1992年世界各國即簽署了《聯合國氣候變化框架公約》，旨在將大氣二氧化碳濃度穩定在某一水平上以防止人類活動嚴重干擾氣候系統。之後，數次全球範圍內的氣候大會，都顯示出國際社會對温室氣體排放導致全球氣候變化的普遍認同，氣候變化問題已超越地緣政治成為關係人類命運的重要議題。
美國OCO-2衞星
中國本次發射的碳衞星，搭載了一台高光譜與高空間分辨率二氧化碳探測儀。這台探測儀的工作原理，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。
碳衞星實現大氣温室氣體探測是基於大氣吸收池原理，用通俗的話説，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，可以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。
碳衞星的工作原理
通過對全球柱濃度的序列分析，並藉助數據同化系統的一系列模型，可推演出全球二氧化碳的通量變化（單位時間通過單位面積的二氧化碳總量），這正是碳循環研究的核心數據基礎。
長春光機所助理研究員藺超説，長春光機所為此製造了大面積衍射光柵，相當於在頭髮絲的寬度上劃出200餘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”。
地面觀測點也能蒐集大氣中的二氧化碳數據，為什麼還要發射衞星？碳衞星工程地面應用系統總設計師楊忠東説，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，只有用衞星俯瞰，才能繪製二氧化碳分佈的全景圖。
“碳排放”要有中國數據
掌握全球的二氧化碳分佈狀況有什麼用？科技部國家遙感中心總工程師李加洪説，在碳排放數據上知己知彼，對提升我國在國際氣候變化方面的話語權具有重要意義。
全球變暖、極端天氣……嚴峻的氣候變化形勢面前，減少二氧化碳等温室氣體的排放成為必然選擇。碳排放的量化監測是各國最終實現温室氣體減排的重要技術基礎，在所有的碳排放量監測手段中，目前只有星載高光譜温室氣體探測技術既能對二氧化碳等温室氣體濃度進行高精度探測，又能獲取全球各區域的氣體濃度分佈數據。
正因如此，各發達國家紛紛研發專用衞星。*由於技術難度極高，目前僅有兩顆衞星從太空監視地球温室氣體排放：一顆由日本2009年發射（GOSAT），一顆由美國2014年發射（OCO-2）。*也是在2015年12月22日，美國NASA公佈了首張全球二氧化碳分佈圖，其中中低緯度部分地區的大氣二氧化碳濃度突破了400ppm。
NASA公佈的首張全球CO2分佈圖
李加洪介紹，我國發射的碳衞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佈圖，使我國在大氣二氧化碳監測方面躋身國際前列。
*“持家先要有賬本，這個‘賬本’就是我們自己監測到的碳排放量。”*李加洪説。
“高精尖”未來有望測霧霾
碳衞星上除了搭載二氧化碳探測儀，還有另一件“利器”——多譜段雲與氣溶膠探測儀。這台探測儀可以測量雲、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。
多譜段雲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穫。
楊忠東説，多譜段雲與氣溶膠探測儀能監測大氣中的顆粒物，可以幫助氣象學家提高天氣預報的準確性，併為研究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，要等碳衞星傳送回第一份數據後再做分析判斷。
此外，碳衞星實現全球觀測，是衞星平台頻繁調整姿態、“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。
碳衞星載荷系統
或與國外合作形成碳衞星“虛擬星座”
碳衞星最終實現全球觀測，還需要衞星平台實現靈活的觀測模式。二氧化碳探測儀與衞星平台配合，通過主平面天底和耀斑兩種主要觀測模式，才能對全球陸地和海面路徑上二氧化碳的吸收光譜進行精確測量。
為保證在軌獲取光譜數據的精度，載荷需要進行對日、對月定標，這也需要衞星平台頻繁調整姿態、翩翩起舞。中國碳衞星絕對是地球之上的靈魂舞者。
當然，僅有衞星是遠遠不能完成使命的，若要實現最終任務目標，需要多個大系統協調配合。在科技部、中國科學院的共同組織下，碳衞星按照航天工程模式，組成了衞星、運載、發射場、測控、應用五大系統。
碳衞星發射運行後，科學數據將依託風雲系列地面接收站資源完成數據下傳。這些數據並不是直接可用的二氧化碳濃度分佈，需要經過氣象學家進行高精度的全球二氧化碳分佈反演計算，才能最終成為全球二氧化碳觀測數據產品並共享發佈。
氣候問題是全人類共同面對的問題，解決氣候問題、監測碳排放也是需要世界各國努力合作的問題。李加洪曾談到：“做全球二氧化碳監測僅僅一兩顆衞星是不夠的，我國（碳衞星）是第三顆，歐洲也將碳衞星列入計劃。我們希望通過這顆衞星和其他幾個國家合作形成碳衞星‘虛擬星座’，聯合觀測大氣二氧化碳，為全球氣候變化提供更加豐富的監測數據”。
碳衞星的幾種工作模式
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（來源：新華社 觀察者網 裝備科技 中新網）
本期編輯*：*李兆彧
本期校對：劉倩
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