波音747搭载望远镜意外提供大气研究新视角

2021年6月22日星期二

NASA的SOFIA波音747飞机和伴飞的Armstrong F/A-18。

SOFIA观测台（全称是红外天文平流层天文台），是美国宇航局（NASA）和德国航空航天中心合作的项目，把一架波音747 SP客机改装，搭载红外线观测设备，定期飞到空中进行各种观测任务。

十年前，德国研究员胡伯斯（Heinz Hübers）引领的研究组把其中一个红外线仪器升级为德国太赫兹天文学接收器（GREAT），用上了先进的激光技术。SOFIA观测台的主要目标是进行天文观测，从黑洞、星系、恒星到月球都是它的观测对象。

可是，胡伯斯意识到SOFIA也许还可以用于观测地球的大气层，因为“SOFIA要透过地球的高层大气才能观测周围的宇宙。”胡伯斯说。

这个研究组最近发表的研究第一次利用GREAT的数据，直接测量了地球上层大气——中间层（mesosphere）和暖层（thermosphere）内氧气的含量。

地球大气层从地面向高空依次分为对流层、平流层、中间层、暖层和外层。中间层离地30英里以上，是科学家了解甚少的一个大气区域。因为地面的望远镜被低层大气内大量水蒸气阻挡；高空轨道望远镜必须依赖其它物质间接地去推测在其之下大气内的氧含量，无法进行直接测量。

而搭载在波音747 SP客机上的SOFIA飞行高度离地约7英里，有着独特的观测优势：高于99.9%水蒸气所处在的大气高度，而且内部空间足够大以搭载直接测量氧气所需的红外线仪器。

SOFIA能够直接测量到高层大气内氧原子的含量。这种氧与地球表面生物赖以生存的氧气不一样。科学家推测，原子氧对高层大气起到降温的作用。这份研究终于证实了这个理论，增进了科学家对太阳能在地球表面和太空之间如何交换的认知。

SOFIA在多年的飞行任务里已经积累了大量的档案资料。可是，由于它的任务是太空观测，所以地球大气层的数据对于天文学家来说，一直是需要过滤掉的“噪音数据”。

尽管胡伯斯以前就想到可以利用这些数据，但是也花了好几年时间才找到合适的工具、合适的方法去校正、分析这些数据。

“虽然大气数据是天文观测任务的副产品，但是我们很高兴地看到SOFIA对更好地了解我们的星球做出了贡献。”胡伯斯说。

这份研究的数据来自2015年SOFIA从加州起飞、沿着海岸飞往加拿大的那次任务。有了这次的成功，科学家将使用SOFIA更多的数据进行类似的研究。这包括在南半球冬天的一次新西兰飞行任务，和近期在德国的飞行任务等，将对一年四季、以及全球各地的地球高层大气如何变化提供有价值的信息。

这份研究1月26日发表于《自然·地球通信与环境》（Nature Communications Earth and Environment）期刊。◇

来源：大纪元记者笛睿编译报导

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