大气层

据英国《新科学家杂志》报道，科学家通常认为对地球具有防护屏作用的磁气圈能够保护地球大气层，但最新研究显示，地球磁气圈却暗地里偷偷流失大气层气体。 地球磁气圈正在逐渐“偷走”大气层中的气体 单击此处浏览更多相关图片 地球的磁场区域被称为磁气圈，起到保护地球生物的作用，它可以阻挡来自太阳的带电粒子流，有效地阻挡着太阳风的侵袭，可避免带电粒子流将能量传输至大气层中的气体分子，从而使气体分子无法逃离地球的重力牵引。然而依据最新的研究结果，这可能仅是人们对地球磁气圈的一半认识，瑞典基律纳市瑞典太空物理研究中心的斯塔斯－芭拉芭什（Stas Barabash）称，在极地区域，地球磁气圈可能更加促进大气层中气体的流失。据悉，芭拉芭什是欧洲宇航局金星探测计划的首席调查员。 芭拉芭什认为金星从未有过磁气圈，而火星的磁气圈在35亿年前出现了明显损伤。考虑到地球、火星和金星这3颗行星的不同质量、大气层构成成分和它们与太阳的距离，芭拉芭什分别计算出了这3颗行星失去氧离子的速率。他聚焦于氧离子是由于它们是这3颗行星电离层中存在数量最多的离子，同时，他发现地球损失氧离子的速率要比其他2颗行星快三倍。 芭拉芭什指出，行星的磁气圈要远大于该行星所在的大气层，这意味着带有磁场的行星将从太阳风中吸引更多的能量，这些额外能量将呈现漏斗状朝向地球磁极，因此在地球极地上空电离层的分子能够加速逃逸。目前，他将这项研究报告发表在5月份荷兰诺德韦克市召开的行星学对比研究国际会议上。 在此之前也有研究发现到这一点，欧洲宇航局恒星簇计划中显示地球极地每年逃逸的离子数量是其他太阳行星的两倍。当我们承受于低太阳活动状态下，强烈的太阳风对于年轻的地球和火星形成早期大气层扮演着重要角色。芭拉芭什计算显示，受磁气圈影响，地球大气层每年损失6万吨气体，而对比地球大气层数千万亿吨的气体总重量，这一损失量并不会对大气层构成损害。

紫外临边成像光谱仪的“环形天眼”紫外临边成像光谱仪的“前向天眼”　　人眼看到的大气是透明的，我们看不到大气的变化，更看不到有多少有害气体如妖魔鬼怪般潜伏在大气层中伺机而动。　　天宫二号有一对“天眼”，不仅能看到人眼所能看到的可见光，更将视野扩展到人眼所不能及的紫外光。在“天眼”的注视下，大气中的一切都无所遁形。　　“臭氧层在地球上空形成一把保护伞，它将太阳光中99%的紫外线直接过滤掉，有效避免地球生物被紫外线伤害，但也正是这层臭氧阻碍了紫外仪器在地面上对臭氧层以上的大气层进行探测，因此我们需要在地球上边安置洞悉大气的‘天眼’——紫外临边成像光谱仪，在太空对地球大气进行‘层析’式探测研究。”紫外临边成像光谱仪主任设计师、中科院长春光机所研究员王淑荣向《中国科学报》记者介绍说。　　王淑荣说，通过“天眼”，我们可以看到整个大气层的密度、臭氧、气溶胶、有害气体等的垂直分布及其变化，同时还能监测中层大气的状态与扰动，我们可以了解太阳活动、大气与地球天气及气候的关系，同时还能观测全球环境变化，这一切对于科学和人类生活都非常重要。　　天宫二号上的“天眼”有两个，一个叫“前向”，一个叫“环形”，同时对地球大气层进行天底和临边探测。　　王淑荣打了个比方：假如将大气层比作一处美景，天底观测便如在它头顶盘旋的小鸟，能看到的是轮廓和总量，而临边观测则相当于仪器与地球边缘大气并肩而立，可以细致欣赏品味它的层次美。　　“前向天眼”具备紫外-可见-近红外大气临边成像光谱探测功能，可以对地球临边大气进行切片式探测，反应大气痕量气体的垂直分布信息，并可以获得很高的垂直分辨率。“环形天眼”具备同时对天底大气和临边大气多方位探测的功能，通过反演计算可以获取大气痕量气体多方位的时空分布，进而为大气环境监测和大气科学研究等提供服务。　　当前国际上已有的紫外临边探测仪器大多是单个方向(前向)，个别有前向和侧向。然而这些探测的明显局限是只能得到一个很窄径迹上的数据，相邻轨道之间有巨大空隙，全球覆盖的时空代表性差，不能获得较密的时空覆盖，不能揭示中小尺度变动特征。就如管中窥豹，可见一斑而难知整体。　　天宫二号紫外临边成像光谱仪将“前向”和“环形”组合探测，实现了垂直对地的天底探测和对地球切线方向的临边多方位探测组合及反演比对，实现了对地球大气的多方位、高光谱、多时空分辨率观测，达到比一般临边探测更高水平的层析反演，在国际上是首创。　　“该项技术验证及科学实验为下一步空间大气临边成像光谱探测的业务化运行奠定了基础，将在大气痕量气体监测、天气预报、空间天气和物理等领域具有广泛的应用。”王淑荣说。

2013年6月底，美国国家航空航天局（NASA）发射了一颗新的科学探测卫星，用于探究太阳底层大气，或称为“界面区”的数据。7月17日，界面区成像摄谱仪IRIS（InterfaceRegion Imaging Spectrograph）的望远镜门徐徐打开，开始观察并收集太阳大气层低层前所未见的细节信息。 据IRIS项目首席研究员Alan博士介绍：“IRIS获得的成像和光谱质量令我们惊叹，此次获得的数据将有助于科学家们更好地理解及研究太阳上能量的转化过程。”这两张图是由NASA SDO（左）、NASAIRIS（右）观测到的太阳表面区域 IRIS摄谱仪配置了由法国HORIBA Jobin Yvon S.A.S公司设计制造的衍射光栅。后者采用航天级光栅的生产工艺制造了NUV和FUV复制光栅，它们的刻线密度为3600gr/mm、尺寸达23mm×41mm，可同时实现高的衍射效率和低的杂散光，再借助复杂的模拟迭代计算，以及对光栅刻槽外形优化，使得光栅在二级衍射处展现出无与伦比的高分辨率和高衍射效率。尖端微加工技术和先进镀膜工艺保证IRIS摄谱仪中光栅具备无与伦比的性能指标。 该光栅是Charles Kankelborg教授带领的蒙大拿州立大学IRIS团队和HORIBA Jobin Yvon研发团队的合作成果。前者参与了光谱仪的设计，并执行IRIS的设备运行和数据分析，Charles Kankelborg教授主要负责光栅性能的测试，他对HORIBA Jobin Yvon团队的努力表示了谢意：“IRIS摄谱仪的分辨率远远超出了我们的预期，一些来自中性原子窄的谱线展现出逼近像素限的光谱分辨率，我们能从中看到不可思议的数据。和你们在IRIS项目中的合作非常愉快，我们非常期待在未来数年中观测到更有趣的太阳数据。” 这是继CASA哈勃望远镜宇宙起源摄谱仪Cosmic Origin Spectrograph (COS)、喷气推进实验室OCO2项目之后，又一采用HORIBA Jobin Yvon光栅成功运行的航天项目。 作为HORIBA Scientific的成员，HORIBA Jobin Yvon S.A.S.是全球研究级和工业级的衍射光栅、光谱仪和分析仪器设计制造的。HORIBA Jobin Yvon凭借航天光栅制造资质和能力，已经成功与中国、美国、法国、德国、意大利、日本等国的航天应用部门在诸多航天项目中合作，积累了深厚的技术经验。 与此同时，HORIBA Jobin Yvon也为超高功率激光器、天文观测和同步辐射设计、生产和检验提供了大量的定制衍射光栅。关注我们邮箱：info-sci.cn@horiba.com新浪官方微博：HORIBA Scientific微信二维码：

5月26日，一篇发表在《科学》杂志上的论文引起业内关注。据悉，一个国际研究小组首次成功地在大气条件下检测到了氢三氧化物（ROOOH），并提出怀疑——ROOOH将可能渗透到空气气溶胶中，进而导致呼吸系统和心血管疾病。更重要的是，研究表明可用质谱仪直接观察氢三氧化物。过氧自由基的“关键角色”《环境化学》作为大学环境专业的必修课之一，早早为我们讲明了过氧化物与光化学反应的关系。过氧化物中的过氧自由基是大气化学反应重要的中间体，在大气复合污染形成过程中扮演着关键角色，体现在其与大气中的NOx（NO和NO2）和HOx（HO2和OH）等之间的种种反应，这与大气氧化性、光化学臭氧和二次有机气溶胶的形成等密切相关。过氧自由基的种类繁多、结构复杂，且随着质量数的增加，过氧自由基往往呈现出具有不同结构和化学特性的同分异构体/转动构象体。然而，受限于检测技术，过氧自由基的同分异构体的分析一直是科学界一大难点。中科院专利技术，破解检测“瓶颈” 在大气复合污染检测方面，中科院合肥研究院安光所有着诸多成果。2021年，中科院合肥研究院安光所张为俊课题组在乙基过氧自由基光电离质谱研究方面取得新进展，相关成果以“乙基过氧自由基转动构象体的真空紫外光化学研究”为题在线发表于英国皇家化学会期刊Physical Chemistry Chemical Physics。课题组唐小锋研究员与国家同步辐射实验室合作，以光子能量可调谐的同步辐射光作为电离源，结合自行研制的真空紫外光电离自由基质谱仪，开展了乙基过氧自由基（C2H5O2）的光电离质谱实验研究。点击右侧：查看原论文想听更多大咖专业报告吗？机会来了！往下看~云参会：第三届大气监测技术网络会议2022年是个特殊的年份！"十四五"期间，我国生态环境质量改善进入由量变到质变的关键时期。为此，第三届大气检测技术网络大会，特别设立三大专场：（每个专场限800名听众，招满即停哦）： 专场1：温室气体监测，聚焦主流科研单位温室气体监测进展、技术解析专场2：新技术与智慧监测，聚焦大气检测与监测新技术；工业园区VOC智慧监测平台介绍专场3：复合大气污染监测，聚焦颗粒物、重金属、有机物检测；臭氧与VOC协同控制与监测免费参会，请点击右侧链接：https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/dqjc2022/快速报名，联系助教：13260310733（微信同号）适合参会人群：各级生态环境监测管理部门，主要为大气环境监测、大气污染应急监测人员；科研院所、企事业单位的从业人员；大气污染治理与防控相关各类业主单位、环境监测检测公司及其他从事大气污染调查工作相关人员；大气污染研究相关的高等院校/科研院所教师、学生；环境实验室分析人员、主任、主管等。部分会议日程表，持续更新中：专场一：温室气体专场嘉宾致辞我国气候变化、大气污染防治有关政策与措施特邀嘉宾致辞报告1傅里叶变换红外技术在温室气体监测方面的应用中科院安徽光学精密机械研究所报告4固定污染源二氧化碳排放连续监测技术中国环境监测总站专场二：新技术与智慧监测报告1LIBS技术原位在线探测大气环境研究进展南京信息工程大学报告4大气监控预警技术（激光雷达技术）山东省青岛生态环境监测中心专场三：大气复合污染监测报告1：先进光谱探测技术分析大气复合污染过程及机理中科院安徽光学精密机械研究所报告8超高效液相色谱-串联质谱法测定大气细颗粒物中全氟烷基酸及其替代物中国疾控中心环境所了解更多环境会议信息，添加仪器信息网唯一环境会议助教微信：13260310733，备注“大气”。

光谱分析仪是将成分复杂的光分解为光谱线的科学仪器，由棱镜或衍射光栅等构成，利用光谱仪可测量物体表面反射的光线。阳光中的七色光是肉眼能分的部分(可见光)，但若通过光谱仪将阳光分解，按波长排列，可见光只占光谱中很小的范围，其余都是肉眼无法分辨的光谱，如红外线、微波、紫外线、X射线等等。通过光谱仪对光信息的抓取、以照相底片显影，或电脑化自动显示数值仪器显示和分析，从而测知物品中含有何种元素。这种技术被广泛地应用于空气污染、水污染、食品卫生、金属工业等的检测中。　　俄罗斯航天集团和法国国家太空研究中心近日签署合作协议，共同研发水星紫外线光谱分析仪(PHEBUS)部件。该光谱分析仪将安装在“贝皮可伦坡”开发项目欧洲宇航局的水星轨道飞行器上，分析仪采用极紫外光谱真空紫外区55—155纳米和远紫外区145—315纳米的双频分析结构，利用旋转镜进行近轨360° 的观测。　　法国国家太空研究中心作为水星轨道飞行探测器的研发方，负责水星外气层光谱分析仪研发的领导、相应地面保障系统的建设，以及设备的系统集成和数据收集、传输和保存的管理。　　俄罗斯航天集团承担设备旋转系统的研发、制造和独立检测，向法国方面提供设备并在飞行器上进行安装和测试，俄方参与合作研发的有俄罗斯科学院空间研究所，法方有法国大气、环境和空间观测实验室。　　“贝皮可伦坡”开发项目是欧洲航天局(ESA)和日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)合作的水星探测计划，以意大利数学家、科学家和工程师朱赛普可伦坡的昵称(贝皮可伦坡)命名。任务是研究水星表层及周围空间物质构成，观测水星地面不可见物质，评判行星的地质演变过程，分析研究水星表层化学成分及内部结构、磁场起源及与太阳风的相互作用，搜寻极地区域是否有冰的存在等。计划包含两颗轨道器水星行星轨道器和水星磁层轨道器。轨道器计划于2018年4月发射，计划一次飞跃地球、两次飞跃金星、五次飞跃水星，最终在2024年到达水星。水星行星轨道器将用以测绘水星地图，水星磁层轨道器则用来研究水星的磁场。

火星距离地球较近，是人类有望率先登陆的地外行星，因此一直是国际行星探测的重点目标，是除月球外人类探索最多的地外天体。火星大气数据测量能够建立和完善火星大气模型，而所有的火星航空器，例如气球、直升机、扑翼机和固定翼飞机等，必须参考火星大气测量数据进行开发和研制，才能确保其工作性能。这对未来开展火星探测研究、载人登陆和开发火星资源具有重要的意义。“天问一号着巡合影”　　1.火星大气数据测量是火星探测的首要任务　　在太阳系中，火星环境与地球最为相似，可能保存着太阳系生命起源和行星演化中，灾难性变化的最好记录，对研究地球起源与演化具有非常重要的比较意义，是探寻地外生命、探索生命起源与演化等重大科学问题最有价值的目标之一。火星距离地球较近，也是人类有望率先登陆的地外行星，因此一直是国际行星探测的重点目标，是除月球外人类探索最多的地外天体。　　火星大气数据测量是火星探测的首要任务，对了解探测器来流参数、大气环境和探索火星尘暴具有重要的意义。这种测量可以获取火星大气静压、密度和风速等参数，建立和完善火星大气模型，为下一步火星表面常规航空飞行器，如气球、直升机、扑翼机和固定翼飞机等开展探测提供技术支撑。　　这是因为，所有的火星航空器必须参考火星大气测量数据进行开发和研制才能确保其工作性能。因此，火星大气数据测量对未来探测火星、载人登陆和资源开发具有重要的意义。　　“天问一号”是我国首次探测火星的飞行任务，在国际上首次通过一次飞行任务实现火星“环绕、着陆、巡视”的三步跨越，是我国航天事业发展又一具有里程碑意义的进展。　　此次“天问一号”任务实现了中国火星探测零的突破，也是国内首次搭载火星进入大气数据测量系统（MEADS），获取了一手火星探测大气科学数据。这使国内行星科学大气探测研究取得显著进步，成功开启了中国行星大气探测的新征程。“天问一号”任务的实施，构建了中国独立自主的行星大气探测基础工程体系。　　目前，利用“天问一号”火星探测器搭载的大气数据测量系统，我国已成功获取了沿探测器飞行弹道海拔60千米以下的大气静压、密度、风速、总压、马赫数、攻角和侧滑角等珍贵数据，完善和修正了现有的火星大气数据模型，成为继美国之后，世界第二个近距离测量火星大气的国家。　　2.火星大气受环境影响非常多变　　我国此次“天问一号”的火星进入大气数据系统，其测量结果与欧洲航天局提供的火星大气模型偏差较大，特别是在20千米高度以下，静压偏差达到120Pa，相对误差接近100%。　　这种情况此前也曾出现过——美国“机智”号火星直升机，多次出现由于静压降低，在地面无法正常起飞的现象。可以推断，火星大气静压受到环境影响变化很大。这是对火星大气探测的新进展。　　此前，世界其他国家也多次开展了火星探测，在火星大气探测方面，也取得了很多进展。科学家们已经发现，火星大气非常稀薄，密度只有地球的1%左右，表面大气压500Pa~700Pa。　　火星大气的主要成分为二氧化碳和氮气等，而且经常有沙尘暴。火星大气层与地球大气层都有氮气、二氧化碳存在，这是火星与地球最大的相似之处。火星表面温度白天最高可达28℃，夜晚降低到-132℃，平均-57℃。虽然二氧化碳含量是地球的几倍，但因缺乏水汽，所以温室效应只有10℃，比地球的33℃低得多。火星大气的这些特征决定了深空探测器在火星进入阶段必须要经历比地球大气更稀薄、声速更低的大气环境，大气介质在飞行器高超声速进入中更易电离，电离后的高温气体将使探测器温度升高。　　二氧化碳是火星大气的主要成分。冬天时，火星的极区进入永夜，低温使大气中多达25%的二氧化碳在极冠沉淀成干冰，到了夏季则再度升华至火星大气中。这个过程使得极区周围的气压与大气组成在一年之中变化很大。　　和太阳系其他星球相比，火星大气有着较高比例的氩气。不像二氧化碳会沉淀，氩气的总含量是固定的，但因为大气中二氧化碳的浓度会在冬夏季发生变化，氩气在不同地点的相对含量也会随季节而改变。根据近期的卫星资料，南极区在秋季时氩气含量提高，到了春季则会降低。　　火星大气变化很大。当夏季二氧化碳升华回大气时，留下微量的水汽。季节性、时速接近400公里的风吹过极区，带着大量的沙尘与水汽，其中水汽造就了霜与大片卷云。2008年，美国国家航空航天局“凤凰”号发现火星地下冰——当地大气中的水分在晚上时会消失，同时土壤的水分则会增加。　　火星大气中含有十亿分之一级的微量甲烷，这由美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心的团队于2003年首次发现。甲烷的存在十分吸引人，它是不稳定的气体，必有某种来源。据估计，火星每年产生约270吨的甲烷，但由小行星带来的只占0.8%。虽然地质活动也可提供，但火星近期缺乏火山活动，甲烷来自热液活动、热点等的可能性较低。微生物（如甲烷古菌）也可能是其来源之一，但尚未证实。火星甲烷的分布不是全球性的，这表示它在充分分布均匀之前就已被破坏，不过这也指出它是被不时释放至大气中的。目前火星探测计划希望寻找可能的伴随气体，借以推测其甲烷的来源。因为，在地球海洋中，生物产的甲烷常伴随着乙烯，而火山作用产生的甲烷则伴随着二氧化硫。　　2005年，有研究发现橄榄石与水、二氧化碳于高温高压下蛇纹岩化后可产生甲烷，过程与生物无关。在地表下几公里深即可满足反应的温压条件，且要维持目前甲烷浓度几十亿年，所需的橄榄石量并不多，增加了甲烷无机来源的可能。不过，如果要证实，就得发现此反应的另一产物蛇纹岩。　　欧洲航天局发现甲烷的分布不均匀，但却和水汽的分布相当一致。在上层大气这两种气体分布均匀，但在地表却集中在三处：阿拉伯地、埃律西昂平原和阿卡迪亚平原。有科学家认为这种一致性增加了生物来源的可能。如果要证明甲烷的分布与生物有关，探测船或登陆艇需要携带质谱仪，分析火星上碳12与碳14的比例（即放射性碳定年法），便可辨别出是生物还是非生物源。　　2013年，根据“好奇”号得到的进一步测量数据，美国国家航空航天局科学家报告，并没有侦测到大气甲烷存在迹象，测量值为0.18±0.67ppbv，对应于1.3ppbv上限（95%置信限），因此总结甲烷微生物活性概率很低，可能火星不存在生命。但是，很多微生物不会排出任何甲烷，仍旧可能在火星发现这些不会排出任何甲烷的微生物。　　3.火星航天器都携带大气探测传感器　　火星是太阳系中与地球最相似的行星，是最有可能存在生命和实现人类移民的星球。早在人类开始利用地基望远镜观测深空的时候，对火星的观测就开始了。随着航天科技的发展，人类开始使用航天探测卫星对火星进行详细探测，使系统性火星研究得以开展。　　2012年，美国国家航空航天局的火星科学实验室进入舱成功进入火星大气层，并在火星表面盖尔环形山位置安全着陆，实现了人类首次对火星大气数据的近距离测量研究，其上就携带了嵌入式大气数据传感系统，即火星进入大气数据系统。　　目前，火星研究使用的卫星探测数据主要来自美国和欧洲航天局的火星轨道探测器。火星大气和气候的研究是火星航天探测的主要目标之一，迄今发射的每一个火星航天探测器都携带有大气探测传感器用来研究火星大气的状态，分析火星气候乃至研究火星大气远古时候的状态，进而分析火星大气和气候长期演变的原因。　　由于火星大气非常稀薄，密度只有地球的百分之一左右，其大气的主要成分为二氧化碳和氮气等，而且经常有沙尘暴。这种恶劣的气候条件，对大气数据测量系统的软件和硬件设计产生很大影响。由于探测器在进入火星大气层的飞行弹道马赫数高达30，而到达近地面时马赫数接近2。飞行速域宽，出现马赫数无关性和化学非平衡反应效应等物理现象对火星大气数据测量算法建模造成很大困难。　　在此次“天问一号”的火星大气测量任务中，我们的科研团队针对火星探测器进入飞行弹道的高马赫数、化学非平衡效应和低动压等特点，提出了大气数据测量方法，并利用自主研发的航天计算流体力学软件平台（CACFD）的化学非平衡模型/完全气体模型计算，获得火星探测器宽速域飞行流场的表面压力点数据，建立了基于神经网络的火星进入大气数据系统（MEADS）算法模型。　　4.大气逸散和水汽变化是未来研究重点　　火星大气初期探测阶段主要目的是了解火星大气和气候的属性信息，确定火星大气是否适合生命的存在。二十世纪九十年代后多个火星探测器相继升空，获取了连续的火星航天观测数据，这一阶段火星大气探测的主要目的除了初期的目的之外，理解火星大气和气候的分布和变化规律，研究其演变历程也是主要目的。两个阶段中水汽都作为主要探测目标之一。　　火星就像一个低温、干燥的荒漠式地球，具有明显的季节变化和年际重复性，但南北半球具有不对称性。火星数十亿年前曾经拥有大气层和液态水，曾经适合生命繁衍。但如今的火星却是一个冰冷的不毛之地，曾经浓厚的大气层现在却变得十分稀薄。科学家推测，火星可能经历过重大变化。　　火星大气现状研究能为了解火星发展历程提供基础信息，这对解答火星上是否有生命存在和人类能否移民火星等问题非常重要。此外，研究火星大气和气候的演变过程可以更好地理解地球大气与气候变化，有助于预见地球气候变化带来的灾难性影响。　　火星的大气层从几十亿年前就已经开始流失，逐渐从一个湿润、温暖的宜居星球变成了寒冷干燥的沙漠。迄今为止，科学家们已经知道了火星磁层，但还没弄清磁层如何影响着火星大气层，以及太阳风到底输送了多少能量从而导致大气逸散，这也是未来开展研究的重要方向。　　大气温度是对大气状态的最基本的描述，也是热红外波谱反演大气参数和隔离行星地表热发射的起点。火星大气中常年悬浮着气溶胶，以沙尘和冷凝物两种形式出现，气溶胶会影响大气热结构和影响大气成分的时空分布，水汽含量在火星大气中虽然很少，但水汽是变化最显著的大气成分，水汽循环是火星气候研究的关键因素。　　因此火星大气研究最初多集中在大气温度、气溶胶和水汽的空间分布和时空变化以及三者之间存在的相互影响关系上。随着火星航天探测数据的增多，针对火星大气中的痕量气体(甲烷、水汽和臭氧等)成分的含量与分布研究开始增加。水汽是火星上变化最大的痕量气体，它的分布尤其是垂直分布，通过光化学反应和它产生的云的辐射效应影响其他大气过程。因而火星大气中的水汽是火星大气研究中最惹人注目的存在，而且水汽本身是变化剧烈的微量气体，对于火星气候循环有重要作用，也是火星上是否存在生命的佐证。　　尽管对火星水汽的观测已经进行了数十年，但对于火星水汽循环机制仍然知之甚少，来源具体在哪儿、空间分布的形成原因、水汽与气溶胶的耦合等也需要科学家们开展更多研究。　　（刘周、李国良、刘晓文、杨云军、周伟江为共同作者，作者单位为：中国航天空气动力技术研究院）

2012年3月23日，基金委国家重大科研仪器设备研制专项“多波段多大气成分主被动综合探测系统”项目启动大会在湖北省咸宁市召开。会议由项目负责人中科院大气物理所吕达仁院士主持。 　　基金委计划局郑永和副局长、中科院资环局常旭副局长应邀出席会议并发表重要讲话。基金委地学部综合与战略规划处刘羽处长、大气科学处张朝林处长、中科院资环局任小波处长、中科院基础局孔明辉副处长、中科院大气物理所副所长陈洪滨、所长助理浦一芬、中科院武汉物数所副所长邱衍军、中科院合肥研究院院长助理江海河、北京大学毛节泰教授、西安交大张淳民教授等领导和专家也参加了本次启动会。 　　吕达仁院士首先详细介绍了项目的立项背景、拟解决的关键科学问题、主要研究内容、实施方案的总体思路。紧接着七位课题负责人(中科院大气物理所潘蔚琳研究员、中科院武汉物数所李发泉研究员、中国科技大学李陶教授、中科院安徽光机所胡顺星研究员、武汉大学龚威教授、中科院紫金山天文台姚骑均研究员、安徽四创电子公司高仲辉研究员)分别就各自承担课题的研究内容、实施方案和准备情况作了详细汇报。与会人员就项目研制工作中的重点和难点以及项目实施过程中可能出现的各种问题展开了深入的交流与讨论，并推举中科院武汉物数所龚顺生研究员担任本项目的技术总体组组长。 　　本项目将通过五年研制周期构建一个全(中性)大气层多要素、高垂直分辨率、准连续探测系统，以期获得大气温度和风场、温室气体与污染气体、云、气溶胶和水汽的垂直分布与多时空尺度变化，并通过集成反演算法实现对全大气层垂直结构、运动变化与成分输送的研究。拟研制的多波段多大气成分主被动综合探测系统将包含以下核心单元：大气温度风场探测激光雷达、臭氧探测激光雷达、二氧化碳探测激光雷达、污染气体探测激光雷达、气溶胶-云-水汽探测激光雷达、W波段测云雷达、太赫兹超导辐射波谱仪、综合集成与反演验证平台及组合望远镜系统。系统建成后计划在青藏高原开展长期观测。

地球大气为人类生存和发展提供了非常重要的保障，研究该区域中的大气环境与物理和化学过程，对于航天、国防、人类生活以及地球生物圈的安全至关重要。 　　武汉大学研制的拉曼激光和钠荧光激光雷达的发射单元　　 　　中国科学技术大学研制的车载多普勒测风激光雷达系统 　　识风须追风 　　中高层大气研究关注的主要参数包括中性大气的密度、温度和风场、电离成分、微流星体、辐射场等。 　　“研究中高层大气的结构和变化特征对于理解发生在这个区域中的基本物理过程，保障航天器和航天活动的安全具有重要意义。”武汉大学教授易帆对《科学时报》记者说，“这些航天器在高层大气环境中能否正常工作，将直接影响通信中继、电视转播、导航定位等。近年来，平流层飞艇由于多用途和低能耗被称为‘多功能绿色航空器’，要保证其在节能条件下稳定运行，该高度上大气风场信息极为关键。因此，这一研究与人类生活密切相关。” 　　中高层大气的主要热源来自太阳的极紫外辐射和X射线对氧分子的加热以及高能粒子在大气层中的沉降。太阳活动剧烈时，高能粒子在大气层中沉降事件增加，这会加热高层大气并使之密度上升，从而增加低轨道飞行器的阻力并降低其轨道。此时如果飞行器不能及时变轨，将大大影响飞行器的使用寿命。对于低轨道飞行器来说，中高层大气的密度、成分温度和压力会影响到飞行器的轨道定位、轨道衰减速率和在轨寿命。 　　另外中高层大气也会影响到飞行器表面的温度和姿态控制，其化学组分——例如原子氧等——也有可能对飞行器造成化学损伤，另外，飞行器表面的辉光现象也与大气成分有关。所以，设计飞行器时，必须根据其飞行高度和飞行时间研究中高层大气对飞行器的影响，确定携带轨道修正推助器的质量，以及合适选用的表面材料和必要的防护措施。 　　仪器是利器 　　因为中高层大气离人类住居的地表较远，通常需采用无线电和光学遥感探测技术才能实现对其参数的测量。由于起步较晚，我国中高层大气激光雷达探测技术曾经十分薄弱。 　　“探测是中高层大气研究的基础和出发点，而我国缺乏大型探测设备和自主观测资料等因素，极大地限制了该学科的发展。”易帆说，“80km至100km高度范围的金属成分是流星消融的产物，其行为(结构和变化)反映了大气和太空的过渡区域中的物理特征。当前人们对金属成分的认识还很肤浅，许多问题都无法解释。” 　　由于中高层大气研究对大型仪器的依赖，我国中高层大气观测相对其他领域显得薄弱一些。 　　“对中高层大气重要参数，其中包括动力学参数(风速、温度、密度)、化学成分分布和大气辐射的研究都依赖观测仪器。国际上也存在同样的问题。这一领域很多一手资料都是近些年才积累起来的。” 中科院空间科学与应用研究中心研究员徐寄遥对《科学时报》记者说，“观测技术本身就是一个很大的研究课题。因此仪器研制也成为中高层大气研究的重要部分。” 　　近年来，在基金委、教育部和科技部的支持下，我国科技工作者自主研发出多种不同功能的大型激光雷达，将我国的中高层大气遥感探测和研究推向国际前沿。 　　以武汉大学为主的研究团队经过十多年的艰苦努力，研制出7台大型激光雷达系统，形成了当今亚洲功能最强大的中高层大气激光雷达综合探测平台。他们研制的世界第二台铁波尔兹曼中层顶测温激光雷达系统，在我国首次实现了80km~100 km中层顶大气温度的激光雷达测量。 　　该团队完全采用激光雷达技术，实现了对3km~100km高度范围大气温度的同步遥感探测。这是国际上第二次完全采用激光雷达技术，实现从近地面到100km大气温度剖面的测量。这种激光雷达综合探测技术可广泛应用于大气科学研究，对环境变化研究具有重要意义。他们研制出的偏振激光雷达与国际上的星载激光雷达进行了细致的比对，获得了定量的一致，表明他们完全掌握了偏振激光雷达技术。最近，我国继韩国之后，研制出世界上第二台全水谱拉曼激光雷达，能测量云中水的相态(液态或气态)，在天气预报中具有重要意义。 　　中国科学技术大学研究团队先后建立了米/瑞利/钠荧光双波长激光雷达系统和车载多普勒测风激光雷达系统。该雷达所达到的技术指标与国际上唯一报道的一台车载平流层多普勒测风雷达技术指标相当。 　　2010年2月， 中国科学技术大学车载多普勒测风激光雷达系统通过专家鉴定，专家组一致认为：该仪器首次在国内实现了多普勒测风激光雷达对40km高度平流层大气风场的探测，且具有可重复部署性。 　　由这些激光雷达构成的探测平台使我国的中高层大气探测能力进入国际前沿。激光雷达观测导致了一些新现象的发现，也给我国的国防、航天和大气空间环境研究提供了数据基础。 　　有术更有效 　　我国学者在过去十年里自主研制出多台不同功能的大型激光雷达系统，这些雷达系统能观测该区域多种大气参数和金属原子层，建立了在国际上有影响的中高层大气观测站。 　　“近十年我国在中高层大气研究方面进步很快，发现了一些新现象，在中高层大气观测和模拟研究上也取得了有国际影响力的研究成果，总体上正逐渐逼近国际先进水平。”徐寄遥说，“这得益于我国仪器研制的成果和子午工程等的带动。目前我国在主动光学探测仪器，例如测风测温激光雷达，以及光学干涉仪和全天空气辉成像仪等被动光学仪器的研制方面初步形成规模。” 　　在观测研究方面，我国学者利用地球卫星、激光雷达和车载多普勒测风激光雷达等加深了对中高层大气动力学过程的理解。在中层顶金属层激光雷达观测研究，在0km~100 km 高度范围大气温度的激光雷达测量，在车载多普勒测风激光雷达研究，在激光雷达和其他仪器的联合观测方面都取得了较有影响力的成果。 　　在模式研究方面，我国学者揭示了大气波动非线性传播行为的有效方法，建立了高精度的全非线性动力学模式，对重力波的非线性传播研究取得一系列成果，已走在国际前列。我国自主建立了完全基于大气探测数据的第一代临近空间大气动力学模式。该模式与国际上公开发表的大气温度和密度经验模式(NRLMSISE-00)以及大气水平风场经验模式(HWM)相比，某些区域的精度有明显提高。

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p 　　据网上消息，美国物理联合会(AIP)的博士生英格· 凯尔斯领导的团队近日借助位于亚利桑那州的大型双目望远镜(LBT)上的波茨坦梯形偏振光谱仪(PEPSI)，对类木星系外行星HD189733b上的大气进行了深入研究，首次发现了钾。 /p p 　　行星HD189733b距地球64光年，大小与木星相仿，围绕其母星(一颗红巨星)运行，公转周期为53小时。在本研究中，科学家们借助凌日法——行星经过恒星面前时，恒星的光会发生变化，分析恒星光谱的变化，发现了钾。早在20年前，科学家就预测可以在“热木星”（ span style=" font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai " “热木星”是一种气态行星，其温度为几千摄氏度，距离其主恒星比较遥远 /span ）的大气层中探测到钾和钠。虽然科学家此前已在“热木星”的大气中发现了钠，但一直没有发现钾。 /p p 　　现在，借助LBT的聚光能力和PEPSI的高光谱分辨率，研究团队首次获得了高分辨率图像，确认了钾的存在。有了这些新的测量数据，研究人员可以比较钾和钠的吸收信号，从而更多地了解这些系外行星大气中的冷凝或光电离等过程。在光谱中，不同元素会产生不同的吸收标记，对其进行分析可以分析大气的组成。然而，“热木星”大气层中云层的存在会极大地削弱光谱的吸收特性，因此很难探测到它们。凯尔斯说：“我们在凌日期间拍摄了一系列光谱，并比较了吸收深度。在凌日过程中，我们检测到了钾元素的特征，但这些特征如预期的那样，在凌日前后消失了，这表明吸收是由行星大气引起的。” /p p 　　波茨坦梯形偏振光谱仪(PEPSI)是亚利桑那州大型双目望远镜的高分辨率阶梯光栅光谱仪。它利用大型双目望远镜(LBT)的两个8.4米孔径望远镜，通过两个永久安装的焦点站(PFU)将光线信息发送到光谱仪。设备光谱分辨率高达270,000图像分辨率并且覆盖全光学波长观测范围。两个相同但独立的斯托克斯IQUV旋光仪能够同时观察具有高光谱和时间分辨率的圆形和线性偏振光。除了LBT之外，PEPSI还可以通过450米光纤线路与梵蒂冈先进技术望远镜(VATT)配合使用。 /p p style=" text-align: center" img style=" max-width:100% max-height:100% " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/201909/uepic/cf89d705-376b-440b-ad02-d7eaa0311e9f.jpg" title=" PEPSI_overview.jpg" alt=" PEPSI_overview.jpg" / /p p style=" text-align: center " strong 波茨坦梯形偏振光谱仪(PEPSI) /strong /p

微塑料(MPs)带来的人类健康风险已经引起了广泛关注,但对人类接触途径和强度知之甚少。此前,人们发现这些塑料微颗粒只会积聚在废水、河流和海洋中。2020年6月12日美国犹他州立大学的首席研究员、环境科学家贾尼斯布拉尼(Janice Brahney)发表在美国《科学》杂志上的一篇研究报道中表明,这些塑料污染物遍布美国西部11个国家公园和野生保护地区,其中包括著名的科罗拉多大峡谷和落基山国家公园,而尤以落基山国家公园的数量最多,预计这种塑料微颗粒会在世界各地发现。这样表明塑料已经无处不在,它能进入大气循环、伴随降雨,遍布人迹罕至之地。大气中无处不在的微塑料以及随后在遥远的陆地和水生环境中的沉积,应当引起广泛的生态和社会关注。由Journal of Hazardous Materials最近发表的来自温州医科大学葛利云教授团队的研究发现,在用餐/饮水活动中会摄入大气沉积的MPs,并且饮食中大气沉积的MPs的摄取量大于直接来自食物来源的MPs。“有几项研究试图量化全球塑性循环,但没有意识到大气层的边缘。我们的数据显示,塑料循环最先发现在全球水循环,但也有着大气、海洋和陆地的生命周期。”葛利云说。该项研究主要成果为:吸入大气中的MPs(微塑料)是人类主要的MPs接触途径,而另一重要暴露途径是日常饮食的沉积物中吸入MPs 餐饮场所中MPs多达105种,其中90%小于100µm的碎片是非晶态碎片的大气沉积MPs 典型的工作生活场所每年约有1.9 ×105至1.3 ×106个微塑料,通过大气沉积在饮食上被摄入,沉积在饮食中的大气层MPs的接触强度在室内高于室外 饮食中摄入大气MPs比从食物来源摄入高2-3个数量级 覆盖和清洗餐具可减少饮食中大气沉积MPs的暴露。葛利云教授团队一直从事新型污染物在自然界中的迁移转化及环境污染治理技术研发。在国际权威期刊Journal of Hazardous Materials、Photochemical & Photobiological Sciences、Journal of Chemical Technolog and Biotechnolog等发表多项成果,为新污染物的降解处理技术、环境分布特征及迁移转化行为方面提供了理论依据。“微塑料是尺寸为5~100 mm的塑料颗粒,其体积较小、毒性大,随着食物链的传递,影响生物体营养膳食、生长发育、繁殖生存。为了保护和修复水体环境,对水体中微塑料进行收集、检测和去除尤为重要。从水体样品中收集微塑料和准确鉴别种类,是分析和去除微塑料的基础。”葛利云说。2022 年8月,葛利云团队授权一项实用新型专利:一种海洋微塑料检测取样装置(ZL2022 2 2262030.2)。该专利涉及环境监测技术领域,解决了微塑料样品测试结果准确性不足的问题,海洋微塑料检测取样装置包括外壳体和控制室,外壳体设有进水道,控制室内设有发电装置、锂电池、电机和控制器,控制器与发电装置、电机和锂电池电性连接。这种海洋微塑料检测取样装置可以获取多组样品,提高样品的准确性,还可以利用水流作用进行充电,提高在待测水域的使用时间,满足不同条件下的海水取样工作。吃进去的微塑料对健康有害吗?面对处处存在的微塑料污染,很多人会困惑,吃进去的微塑料对健康有多少危害。作为温州市第十一届、十二届政协委员,葛利云教授在今年温州市两会中汇报道,“微塑料是否会产生危害,主要考虑两点,一是微塑料本身没有毒性,但它会携带环境毒素 二是微塑料的环境累积不可逆,它可能在某些局部产生超高浓度,并经由食物链富集,对人体产生(潜在的)危害。”同时也建议大家:“从风险规避的角度出发,建少吃大型食肉类海鱼,用岩盐替代海盐,不要重复使用纯度较低的塑料瓶(如饮料瓶)装油性食物,少吃塑料盒装的地沟油概率高的外卖。

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项目内容：中国科学院广州地球化学研究所测量广州塔附近的大气氨通量，并进行实验比对项目时间：2023年9月项目地点：广州塔仪器安装项目意义&bull 空气质量监测：氨是一种有害气体，常常与空气污染和城市环境质量相关。通过在广州塔上安装氨激光开路分析仪，可以实时监测城市空气中的氨浓度，有助于评估空气质量，并提供数据支持，以采取必要的措施来改善空气质量。&bull 健康保护：氨的高浓度对人类健康有害，可能导致呼吸问题和其他健康问题。通过监测氨浓度，可以提前发现潜在的危险，采取措施来保护城市居民的健康。&bull 环境保护：氨还可以对周围的生态系统产生不利影响，对水体和土壤造成污染。通过监测氨的浓度，可以采取措施来减少氨的排放，降低对环境的不良影响。&bull 科学研究：广州塔上的氨监测数据可以用于科学研究，例如气象学、环境科学和大气化学。这些数据有助于研究氨在城市大气中的来源、传播和化学反应，从而更好地理解城市大气环境。&bull 污染源追踪：氨的监测可以帮助确定城市内潜在的氨排放源，这有助于政府和监管机构采取措施来减少污染源并加强环境管理。知识分享：通量塔的选址和建设原则在生态学、气象学和环境科学等领域，通量塔是一种用于测量大气层中气体和能量交换的设备。这些通量塔用于监测大气和地表之间的物质通量，例如水蒸气、二氧化碳、热量等，以了解生态系统和大气中的不同过程。通量塔通常包括一系列仪器和传感器，用于采集大气和地表参数的数据。选址和建设原则：&bull 代表性地点：通量塔的选址应考虑到它们所监测的生态系统或气象过程的代表性。选择代表性地点可以确保测量结果对于整个区域或生态系统有意义。&bull 最小扰动：通量塔的建设应尽量减少对周围环境的扰动。这包括减少人工结构对生态系统或气象过程的影响，以确保测量的准确性。&bull 高度选择：通量塔通常会建立在不同的高度，以测量气体和能量通量在大气中的垂直分布。选择适当的高度可以提供更全面的数据。&bull 安全考虑：通量塔的建设和维护应符合安全标准，以确保工作人员和环境的安全。通量塔在环境科学研究中起着重要作用，帮助科学家了解大气和生态系统之间的相互作用，以及气体和能量的交换过程。选择合适的位置和正确的建设原则对于获得准确和可靠的数据非常关键。

天虽入秋，比往年来的晚一些；因为全球变暖，还挺严重！从1901到2012年平均涨了1.5℃以上，按照这种形势，再过100年，夏天的美眉们应该穿的更清凉了吧~ 温室气体CO2和CH4的超量排放是主要原因，这个是全球共识。超量排放：物质是守恒的，藏在地底下的石油煤炭被利用燃烧后气体排放（Fossil fuel & industry），超过了陆地上光合作用吸收（Land sink）和海洋中光合作用吸收的量（Ocean sink），平衡被打破， 因此在大气中积累的温室气体逐渐增加。 这是全球大气中CO2的增长趋势 这是我国CO2的浓度分布图敲黑板 排都排了，总得知道全球不同地点的，不同大气层高度的，不同时间点大气中气体成分比例的变化。 这个时候监测的目标不局限在温室气体了，还有酸性气体，大气臭氧层等。 先气体采样再进行实验室仪器分析，实施监测自然方便，然而采集到的气体样品高度有限（几百米），而且无法连续采集。 野外监测站点具备连续采集的能力，然而采集的数据局限在所在地（经纬度和高度），且所监测气体的成分数量有限。鉴于各种原因，全球建立了多个气体监测网，基于红外技术的有如下：1. 地基中红外遥感监测网NDACC-IRWGNetwork for the Detection of Atmospheric Composition Change – Infrared Working Group（大气成分变化监测网——红外工作组），全球网点分布如下，中国暂时没有。采用Bruker IFS 125HR红外光谱仪，实验室搭建如下：2. 地基近红外遥感监测网TCCON全球网点如下，计划中有中国合肥的一个监测点，主要监测CO2, CH4, CO, N2O, H2O, HDO, HF, O2等气体。在全球范围内在工作的超过25个监测点，全部采用Bruker IFS 125HR 超高分辨率红外光谱仪。气体浓度含量从ppt到 ppm， 统统不在话下。Tip：气体的红外定性定量需要超高分辨，如下图，在极夜条件下，月光作为光源，分辨率设置到0.02cm-1得到的HNO3气体红外谱图。 3. 地基近红外遥感监测网COCCON相对于前面两个监测网，这里采用可移动，较低成本的光谱仪--Bruker EM27/SUN。这款皮实耐用的光谱仪，收到广泛的认可，全球的监测点已经超过了TCCON。相对于IFS 125HR，EM27/SUN监测的气体成分要少很多，当然，如果只关注具备C成分的气体， 那是绰绰有余的。一排排的设备在监测，服不服！ 核心是Rocksolid干涉仪，真心稳！ 不怕车震，多个地点奔波测试。不怕船震，随科考船到处环游世界。在草原上马震嘛，那肯定也不是问题啊。Tip：太阳光作为仪器的光源。回到原点，为什么是红外，而且必须是Bruker的？图中上半部分图谱在其他产品看来只会“乱花渐欲迷人眼”，实在看不懂； 对于Bruker红外来讲，却只是“浅草才能没马蹄”，实在没难度！

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为了更好地了解全球气候变化，特别是温室气体（CO2、CH4、N2O、HF、CO、H2O和HDO）在大气和生物圈之间的交换，总碳柱观测网（TCCON）、大气成分变化观测网（NDACC）等研究机构相继成立。这些都是由地基傅立叶变换红外光谱仪（以及其他仪器）组成的网络，它们将太阳作为光源，来记录近红外或中红外光谱范围大气谱。所接收到的高精度数据可以作为重要的地面真实数据，作为对像美国宇航局（NASA）等的卫星测量数据的补充。对于大气污染物的分析，太阳作为红外光源，太阳光经过整个大气层一直到光谱仪的整个光路上不同组分的浓度进行了测量。对于这类场发射测量，需要用到超高分辨率傅立叶变换红外光谱仪。布鲁克IFS 125HR傅立叶变换红外光谱仪凭借准确的仪器谱线函数、出色的波长精度和世界上最高的光谱分辨率，成为该应用和相关研究机构的黄金标准。布鲁克IFS 125HR超高分辨光谱仪采用了令人瞩目的干涉仪设计，可确保光束在长达11米的极长光程差中的完整性。于是，IFS125HR光谱仪全球网络被用于监测全球范围内的大气变化，其中，部分安装在山峰上的观测中心，例如，著名的瑞士少女峰（NDACC）；或安装在坐落于美国俄克拉荷马州Lamont的SGP ARM站点设备服务中心（TCCON）。下方图片提供了安装有IFS 125HR光谱仪的全球TCCON观测站点位置，这也凸显了布鲁克在大气污染监测方面做出的重要贡献。注：TCCON: total carbon column observing networkNDACC: network for the detection of atmospheric composition changeSGP: Southern Great PlainsARM: Atmospheric Radiation MeasurementThe Southern Great Plains (SGP) atmospheric observatory was the first field measurement site established by the Atmospheric Radiation Measurement (ARM) user facility. This observatory is the world’s largest and most extensive climate research facility.

项目名称：静止轨道红外干涉大气三维探测载荷技术完成单位：中国科学院上海技术物理研究所完 成 人：丁 雷 等奖励等级：技术发明奖一等奖天气变化影响着人们穿衣、出行，乃至生活的方方面面，对气象开展准确监测是世界科学家们孜孜以求的目标。地球静止轨道气象卫星，相对地球静止不动，可以全天候获取我国所在区域的连续动态观测数据，犹如坚守岗位的“哨兵”。因此，发展静止轨道先进大气探测载荷技术是世界各国科技竞争制高点之一。由中国科学院上海技术物理研究所历经20年研究的静止轨道红外干涉大气三维探测载荷技术在国际上率先取得突破，该所研制的干涉式大气垂直探测仪（GIIRS）装载于我国第二代地球静止轨道气象卫星——风云四号卫星上，在国际上首次实现了静止轨道大气温度、湿度垂直三维探测，有效提高了长期数值预报精度，对我国和“一带一路”沿线国家和地区的天气预报和灾害预警具有重要意义。在35800公里外为地球大气做“CT”，是我国气象预报当之无愧的“独门秘笈”之一。2018年台风玛利亚内部温湿度信息探测01群雄逐鹿 拔得头筹大气在空间分布上是三维的，其温度、湿度和压强会随时间而变化，大气的运动和变化便是天气现象的本质。摸清大气垂直运动的“脉搏”，就能及时预报天气的发生与发展。如果能获取一幅动态大气三维“全息”影像，就能表征天气现象动态演变过程，为数值预报提供强有力的“诊断”依据，及时出具应急响应的“处方”。然而，在35800公里的地球静止轨道监测如同针尖大小地面上空大气层的变化，谈何容易，可谓差之毫厘、谬以千里！在国际上，静止轨道红外干涉大气三维探测载荷技术的研究起源于20世纪90年代，美国、欧洲和中国先后开展了本项技术研究。由于技术难度大、不成熟等问题，原计划在美国GOES系列、欧洲MTG-S项目上实施的载荷至今尚未在轨实现。而本获奖项目科研团队研制出的两台GIIRS仪器已经在2016年和2021年先后进入静止轨道工作，连续为全球提供高时效大气三维探测数据超过5年，我国已成为全球的唯一数据源。“GIIRS实现了好几个‘世界首次’，在预报服务中发挥了很好的作用！”中国气象局数值预报中心模式研发室副主任、风云四号卫星数值预报应用攻关团队首席专家韩威，给出如上评价。02自主创新 攻坚克难静止轨道红外干涉大气三维探测载荷技术究竟包含了哪些“法宝”和“绝招”，解决了哪些关键核心技术难题呢？看得细——大气目标精细光谱探测。实现大气温度和湿度参数的三维垂直结构观测需解析不同高度大气的红外吸收光谱，要求光谱分辨率达到0.625波数，在35800千米距离上进行大气光谱探测，需要建立新的精细光谱测量技术体制。看得准——低能量的高探测灵敏度。由于对地观测距离超过35800公里，到达轨道上的地球辐射能量值仅为低轨道的数千分之一；同时探测大气要求的高光谱分辨率，使得目标的辐射能量减小1.5个数量级以上，研制出更加灵敏的“视网膜”，即高性能新型红外探测器来提高探测转换效率、降低测量噪声。看得远——载荷极高指向观测稳定性。针对远距离观测，提出了二维扫描镜扩大仪器的视场，离轴主望远光学系统收集大气能量、动镜式傅立叶干涉仪进行探测、通过机械制冷机冷却面阵探测器和辐射制冷器冷却后光路、高性能探测器进行光电转换的高光谱载荷总体技术方案，并研制了集成化的载荷系统，系统解决了地球静止轨道进行高光谱、高灵敏度、高稳定大气三维探测的三大技术难题。看得清——复杂空间环境下高稳定探测。由于地球自转与公转带来的载荷温度变化超过210℃与载荷光学系统温度稳定度要求小于0.2℃的矛盾，突破多温区的高稳定度控制技术，达到“身处水深火热，内心平静如水”的状态。03气象灾害 尽收眼底静止轨道红外干涉大气三维探测载荷技术在台风等灾害天气预报和建党100周年活动等重大气象服务中发挥了重要作用。据相关统计显示，预报台风登陆地点的路径误差每减少1公里可避免直接经济损失约1亿元人民币，仅在2019年，GIIRS对台风“利奇马”的24小时路径预报误差从75公里降到50公里，直接减损效益估计超20亿元。此外，GIIRS在GRAPES数值预报中的成功应用，促进了全球静止卫星高光谱观测系统发展。在2019年美国召开的联合卫星大会上，美国天气局（NWS）局长指出：静止轨道高光谱探测将是下一步最大的进步；美国国家环境卫星信息资料中心NESDIS主任评价该载荷技术：促进了全球静止轨道卫星大气高光谱探测系统发展和卫星观测同化应用。在学术贡献上，国际和国内气象应用专家还利用GIIRS高频次、高光谱数据，针对NH3、四维风场等探测要素开展研究。面向国家战略亟需，中国科学院上海技术物理研究所创建了静止轨道大气三维探测全新技术体制，发明了具有完全自主知识产权的高光谱载荷技术，国际上率先实现了高频次的地球静止轨道大气三维结构精细探测，推动了风云四号卫星处于国际领先地位，获得了重大的应用价值和社会效益，得到各方的高度评价。站在时代的潮头回望历史，我们的科研人员心中仍谨记着周恩来总理1969年1月29日的重要指示：应该搞我们自己的气象卫星。五十多年来，风云系列气象卫星走出了从无到有、从小到大、从弱到强的成功之路。回首风雨，展望未来，上海技术物理研究所科研团队将接续奋进，紧密围绕气象领域和我国大气探测的战略要求，瞄准国际竞争制高点，为我国大气探测技术实现升级换代和逐步超越国际水平作出更多新的贡献！

美国约翰霍普金斯大学应用物理实验室Kevin Stevenson和Jacob Lustig-Yaeger领导的研究团队，利用美国宇航局（NASA）的詹姆斯韦伯太空望远镜首次发现了一颗围绕另一颗恒星运行的系外行星。这颗行星正式编号为LHS 475 b，位于距离地球41光年的八角星座，其大小几乎和我们的地球完全一样，是地球直径的99%。该团队先使用NASA的凌星系外行星巡天卫星（TESS）确定目标后，用韦伯太空望远镜对目标进行了确认。韦伯的近红外光谱仪仅用两次凌日观测就清晰地捕捉到了这颗行星。Lustig-Yaeger说：“毫无疑问，这个类地行星就在那里。韦伯的原始数据证实了这一点。” Stevenson补充道：“它是一颗小型岩石行星。”“这些地球大小的岩石行星的观测结果，为未来用韦伯望远镜研究岩石行星大气带来了许多可能性，让我们越来越接近对太阳系外类地世界的新认识。”NASA总部天体物理部主任Mark Clampin表示。在所有正在运行的望远镜中，只有韦伯能够描述地球大小的系外行星的大气特征。该团队试图通过分析行星的透射光谱来评估行星大气层中的物质。虽然数据显示这是一颗地球大小的类地行星，但他们还不知道它是否有大气层。约翰霍普金斯大学应用物理实验室的Erin May说：“天文台的数据很漂亮，韦伯望远镜非常灵敏，可以很容易地探测到一系列分子，但我们还不能对这颗行星的大气层做出任何明确的结论。”虽然目前团队还无法断定什么是存在的，但他们可以肯定地说什么是不存在的。Lustig-Yaeger解释道：“我们可以排除一些陆地类型的大气层，它不可能有一个类似于土卫六那样厚厚的、以甲烷为主的大气层。”研究团队还表示，虽然这颗行星没有大气层的几率很大，但仍不能排除有一些其他的大气成分，如纯二氧化碳大气层。但Lustig-Yaeger指出，100%二氧化碳大气层的密度要大得多，以至于很难探测到。研究团队需要更精确的观测来确定是纯二氧化碳大气还是完全没有大气，他们计划在今年夏天的观测中获得更多的光谱数据。韦伯望远镜的数据还显示，这颗行星的温度比地球高几百度。因此，如果探测到云层，研究人员可能会得出结论：这颗星球更像金星。因为金星有二氧化碳大气层，并且永远笼罩在厚厚的云层中。Lustig-Yaeger说：“目前我们处于研究小型系外岩石行星的前沿，但是我们也不过刚刚开始了解它们的大气层可能是什么样子。”

原文：Marc Kaufman翻译：海尔欣市场部题图：艺术家展示的 TRAPPIST-1 行星系统概念图。基于有关行星直径、质量和与主星距离的可用数据。韦布天文望远镜预计将于2022年夏天开始科学观测。（NASA/JPL） 经过长达数十年的开发、改进、测试、发射、展开以及最近的光学对准和仪器校准后，人类历史上最强大的太空望远镜即将取得成果。虽然NASA已经发布了许多詹姆斯韦布太空望远镜光学系统收集的“di一道光”，实际上，让所有的镜子都启动运行并使之具有实际科学观测意义，距离韦布发回di一张“惊掉下巴的相片”，可能还需要几个月的时间。 韦布的建造已经进行了多年，天文学家们的观测规划和准备工作也是如此。其中，许多工作都与宇宙的早期历史、恒星、星系的形成以及其他宇宙学领域有关，但一个前所未有的地外行星“观测子集”也在筹备中。 我们已经讨论了韦布团队早期发布的科学计划，该计划涉及对巨大的热木星行星的观测，以了解它们的大气层，并作为一种收集经验数据的方式，以指导行星科学家们在未来更好地使用韦布仪器。 现在，我们将研究一些更为具体的韦布观测计划和任务，并将收集有关银河系中至少 1000 亿颗地外行星所代表集合的一些主要特征和奥秘。 这将通过使用包括透射光谱在内的多种技术来完成——当行星从其母星前经过时，收集和分析透过地外行星大气层的母星光谱。韦布将以前所未有的性能来表征已知的多种地外行星的大气多样性，比如：相较于我们的太阳，温度更低和更暗淡的红矮星（迄今为止银河系中最常见的恒星）能否维持其行星的大气？对地外行星大气化学成分的高灵敏度的分析研究；以及关于TRAPPIST-1 地外行星系的许多可能性，这是一个距离太阳系较近的，包含七颗类地岩石行星的系统。艺术家对 GJ 1214b 的诠释，这是韦布“di一轮观测”中即将研究的行星之一。已知这颗行星被浓厚的大气层覆盖，科学家们预计韦布将以前所未有的能力观测其大气的化学物质。（NASA） 我们太阳系的一个谜团是它没有任何“超级地球”（半径为地球的 1.5 倍的行星）或任何“迷你海王星”（半径为地球的 1.8 倍，但比海王星半径小的行星）。开普勒太空望远镜发现，这些大小的行星，是迄今为止银河系中最常观察到的行星。因此，行星科学家渴望更多地了解它们的大气层、它们的组成以及推断它们的演变模式，以此来了解更多关于它们如何形成，以及为什么它们没有在我们的太阳系中形成的信息。 一个由 NASA 艾姆斯研究中心的 Natasha Batalha 领导的小组被分配到了令人妒忌的141个观测小时（韦布的使用是按科学家申请的小时数来计算的——小编注）来研究这些大小和质量范围内的11 颗行星（一些是岩石行星，一些是气态行星）。 华盛顿卡内基科学研究所的科学家，项目联合研究员 Johanna Teske表示，他们的主要研究目标，包括确定这个大小范围内的行星是否与其有大气层有直接关系，以及这些行星可能拥有什么样的大气成分。 Johanna Teske 是卡内基科学研究所的科学家。（卡内基研究所） 当最初形成时，像这样的行星通常在它们周围有一层氢和氦的“包层”，也叫做“原初大气层”。随后，这些行星可以拥有一个“次代大气”，其中包括从行星内部循环到外层大气的分子——如：二氧化碳、甲烷、水蒸气等等。 这些行星周围可能有厚厚的云层和雾，这使得目前的望远镜几乎不可能探测到这些易挥发的次代大气元素。但韦布是一台红外望远镜，它使用的波长可以穿透行星的外层云雾。再加上前所未有的精度，它能够以高超的方式识别次代大气的成分。 在这次从"超级地球"到"迷你海王星"的行星普查中，还有一个令人费解的下降趋势，1.7倍地球半径范围内的行星，比那些稍大或稍小的行星少得多。“也许，这种统计下降会让我们深入了解这种大小范围内的行星是如何形成的。”Teske说，“或者说，为何没有形成——如果考虑这种异常统计趋势的话。” 上图是基于行星半径的每颗恒星拥有的平均行星数量的统计。正如开普勒望远镜所观察到的，尺寸相当于地球半径 1.6 到 1.8 倍之间的行星平均数量急剧下降，但原因尚不清楚。这是行星科学家非常感兴趣的问题之一。（Benjamin Fulton 和 Erik Petagura，天文杂志） Teske 还提醒道，长期以来，认为我们的太阳系没有“超级地球”到“迷你海王星”大小的行星的观点，可能有一天需要打一个星号。因为许多天文学家已经在我们太阳系的边缘，发现一颗新行星的初步迹象，这颗行星的大小可能远远超出冥王星。有时被称为行星9或行星X，它是近年来大量科学辩论的主题，并且有朝一日，就行星构成而言，它可能会使我们的太阳系成为一个更传统的太阳系。 行星科学中更紧迫的问题之一，是围绕红矮星（或M矮星）运行的行星是否拥有大气层。这个问题是如此重要，因为我们银河系中大约 75% 的恒星，以及离我们最近的 60 颗恒星中的 50 颗，都是这种类型的恒星。与我们自己的太阳相比，红矮星相对较小且“凉爽”，经常被比水星轨道更近的行星环绕。 上图显示一颗被假想的行星环绕的红矮星。当它们年轻时，红矮星往往具有磁性，显示出巨大的弧形突起和大量的太阳黑子。红矮星也会爆发强烈的耀斑，随着时间的推移，可能会剥离附近行星的大气层，或者使其表面不适合生命存在。（NASA/ESA） “di一轮观测”项目将使用韦布集中观测 9 颗围绕红矮星运行的行星，以确定它们是否有大气层。在约翰霍普金斯大学应用物理实验室 (APL) 的首席研究员 Kevin Stevenson 和 APL 的联合研究员 Jacob Lustig-Yaeger 的带领下，该团队将在寻找可居住行星的过程中解决这个基本问题。 围绕红矮星运行的行星的宜居性问题，主要基于这样一个事实，即该类行星离其母星如此之近，它们很可能会被潮汐锁定（一侧总是面对它的母星，就像我们的月球被地球潮汐锁定一样），而且红矮星在它们相对较早期的演化中，往往会爆发大型的太阳耀斑。这些耀斑是否能够并且久地对其较近的轨道行星进行“消杀”，一直是天体物理学界激烈争论的话题。 但现在，Stevenson 说，韦布将能够确定是否红矮星行星上存在大气层，如果有，这些大气层将有多普遍。如果发现大气，下一步将尽可能详细地说明存在哪些化学物质。Stevenson说：“如果我们研究的所有或许多围绕红矮星运行的行星都有大气层，那将告诉我们应该研究它们是否具备生命宜居的条件。” “但如果它们没有大气层，那么我们就必须重新考虑可支持生命行星的寻找策略。” 该研究还将研究行星轨道迁移的作用——从更远的，远离耀斑的轨道，到后来更靠近的轨道——是否会影响红矮星的行星形成大气层，以及“不可避免地，对红矮星行星的这些研究，将为生命起源问题带来哪些新的研究火花。” TRAPPIST-1行星系，几乎被普遍认为是迄今为止发现的最引人注目的地外行星系之一。它有七颗靠近其主星运行的岩石行星，密度都非常相似，其中三颗似乎位于系统的宜居带内——水可以液态存在的轨道距离。 围绕它们的主星运行的TRAPPIST-1 地外行星的三个可能的内部结构，距离我们相对较近，仅41光年。所有七颗行星的密度都非常相似，因此它们可能具有相似的成分。（NASA/JPL） TRAPPIST-1e 是其中最宜居的行星之一，将成为韦布“di一轮观测”运行的焦点。TRAPPIST-1e 拥有类似于地球的质量、半径、密度、重力、温度以及它接收的每个相对单位的阳光量。还已经证实，这颗行星没有以氢为主的大气层，这意味着它更有可能更像我们太阳系中的类地行星一样，拥有紧凑的大气层。（氢是一种强烈的温室气体，以氢为主导的大气成分，会使行星表面无法宜居） 康奈尔大学卡尔萨根研究所的博士后 Ryan MacDonald 将成为分析 TRAPPIST-1e 观测数据团队的一员，该团队由康奈尔大学天体物理学家 Nikole Lewis 领导。 Ryan Macdonald康奈尔大学的博士后研究员，也是 Nikole Lewis 领导的韦布观测小组的成员。（康奈尔 “地外行星大气中的二氧化碳非常容易被检测到，我们认为我们会看到它，”他说。“如果我们做到了，那么我们将继续研究大气水蒸气，然后是甲烷。这些组分可以是地质或生物的，但如果我们找到它，我们就会寻找与生命相关的气体。”Macdonald说，虽然很可能在“di一轮观测”期间发现二氧化碳，但其他分子在未来几年将需要更多的观测时间。 要找到的最重要的气体可能是氧气，但它需要在韦布可用的光谱波长中观察到不太可能的 1,000 次凌日。如果一个团队有足够的观测时间，它可以寻找臭氧作为替代物——一种异化的氧元素分子，需要大约 100 到 200 次凌日数据，这更可行，但也可能需要观测超过数年。 在 TRAPPIST-1e 大气中发现甲烷和臭氧，将是潜在的生命信号，但同时进行这两项检测将牵扯到更多复杂的工作。 当然，TRAPPIST-1e 也可能是一块没有任何大气的光秃秃的岩石球。在六天的公转周期内绕着它的母恒星运行，可能在其演化历史的早期，已被来自母星的耀斑“消杀”过了。 到目前为止，使用众多望远镜进行的观测，还没有发现行星周围的大气或化学物质，这可能是由于行星周围有厚厚的云层造成的，或者它确实是一块裸露的岩石。尽管如此，许多 TRAPPIST-1 的观测结果令人兴奋不已。 “我们知道已知的未知，但肯定会有我们未知的未知，”Macdonald说。“而且因为 TRAPPIST-1e 具有诸多与宜居行星一致的特征，它有很多东西要告诉我们。” 艺术家对 HD 189733 b 的渲染图，这是一颗被充分研究的热木星行星。韦布将被用于深入研究其大气化学成分，以更加了解这颗行星，并了解巨型望远镜能做和不能做什么。（美国国家航空航天局） HD 189733b 是热木星行星的典型。它于 2005 年被发现，非常大（半径比我们的木星还大 13%），非常明亮，有很高的信噪比——即所需观测的信号相对于背景噪声的强度，因此它的化学成分可能很容易被获得，马里兰大学教授Drake Deming提议用韦布对这颗行星进行“深入的分子研究”。 Drake Deming 是马里兰大学的研究教授，也是美国宇航局地外行星凌日调查卫星 (TESS/马里兰大学）的联合研究员。 这项工作的目标是检测和量化在没有韦布强大的红外观测能力的情况下，不容易找到的化学物质——行星大气的氰化氢、一氧化碳、甲烷和二氧化硅，以及由不寻常过程产生的其他分子。“我们想做的是观察最有利于收集数据的行星，并把它做得非常好，”Deming说。 “我们将寻找低丰度化学物质的最微弱信号，并希望通过这种方式向天文界展示望远镜可以做什么以及如何做。”“天文学界想要了解宜居带岩石行星的化学和大气，他们想要寻找生物特征。但就像奥运会短跑运动员必须先学会走路才能跑步一样，像热木星这样一个巨大的星球，更容易理解和发现这种化学物质。”“如果我们无法了解信噪比高的巨行星的构成——拥有大量气体分子并且可以高灵敏度探测到——那么我们最终就没有真正的希望了解更冷、更小的行星。所以这是朝着这个方向迈出的一步。”Marc Kaufman（本文作者）Marc Kaufman是两本关于太空的书的作者：《火星近距离：好奇号任务详解》和《di一次接触：寻找地外生命的科学突破》。他还是一位经验丰富的记者，曾在《华盛顿邮报》和《费城问询报》工作了 3 年。他于 2015 年 10 月开始撰写该专栏，当时 NASA 的 NExSS 计划还处于起步阶段。虽然《多世界》专栏得到美国宇航局天体生物学计划的支持和通知，但所表达的任何意见仅代表作者本人。

作为哈勃空间望远镜的继任者，“身价”100亿美元的韦布空间望远镜于去年12月25日发射升空，旨在“探索宇宙的起源”。即使迄今观测时间不足半年，它仍然做出了几项破纪录的重要发现，美国太空网在21日的报道中，列出了它正在改变天文学的六种方式。发现更遥远的星系在韦布望远镜发射前，天文学家已知最遥远的星系是GN-z11，其诞生于134亿年前，也就是宇宙大爆炸后4亿年。但韦布望远镜打破了这一纪录！天文学家利用像阿贝尔2744这样的前景星系团作为引力透镜——星团这样的大质量物体通过引力扭曲空间，像透镜般放大来自更远物体的光，发现了更遥远的星系。天文学家通过计算发现，名为GLASS-z12的星系诞生于宇宙大爆炸后3.5亿年；名为Maisie的星系被认为诞生于宇宙大爆炸后2.8亿年；甚至有科学家称，发现了诞生于宇宙大爆炸后2亿年的星系。韦布望远镜正在确认这些发现，天文学家最近借助其提供的数据，证实了一个诞生于宇宙大爆炸后3.25亿年前的星系。对系外行星大气进行迄今最详细测量天文学家现在已经发现了5000多颗系外行星，但我们对其中的许多行星几乎一无所知。官方提到，希望韦布望远镜可以尽可能远地去观察那些“外星大气环境”。今年8月，天文学家宣布，韦布望远镜首次在700光年外的系外行星WASP-39b的大气层中发现了二氧化碳气体。11月天文学家发布了一份更完整的光谱，表明WASP-39b的大气中不仅包括二氧化碳，还包括一氧化碳、钾、钠、二氧化硫和水蒸气，这是科学家迄今对系外行星大气层最详细的分析。这一研究为科学家提供了行星演化的线索，也可以揭示太阳系中的气态巨星木星和土星是如何形成的。此外，二氧化硫的存在也是太阳系外首个行星光化学产物，因为当恒星的紫外光与行星大气中的分子发生反应时，就会形成这种化合物。表征宜居系外行星系外行星科学的“圣杯”之一是找到另一颗像地球一样宜居的行星，韦布望远镜很适合描述表征此类系外行星。近日，美国国家航空航天局称，韦布望远镜首次观测到环绕TRAPPIST-1恒星的7颗地球大小的行星。这7颗行星距离地球约39.13光年，位于恒星的宜居带或附近，那里可能存在液态水。天文学家认为它们是研究太阳系外行星是否适合生命生存的绝佳实验室。JWST的初步观察重点是TRAPPIST-1c，模型表明它有一个类似金星的大气层，含有大量二氧化碳。虽然TRAPPIST-1c很可能因为太热而不适合生命存在，但确定它是否拥有大气层以及大气层是否含有二氧化碳，将是表征类地行星的一大步。韦布望远镜将继续对准TRAPPIST-1系统中可能更宜居的星球，天文学家将密切关注生物信号——如大气中甲烷和氧气的存在。将目光投向太阳系虽然韦布望远镜被设计用于探测深空，但它也可以用来观察我们太阳系内的邻居，结果令人惊喜。今年8月，科学家发布了韦布望远镜拍摄的太阳系最大行星木星的照片，韦布望远镜7月拍摄了这些照片，捕捉到了前所未有的木星南北极极光以及旋转极地烟霞的图像。研究人员表示，通过近红外光和中红外光的观测，他们能够利用韦布望远镜的高分辨率，更深入地观察木星的大气层。韦布望远镜还拍摄了遥远的海王星、土星的卫星土卫六和火星，显示了火星表面的温度变化和大气中二氧化碳的吸收情况。未来它将进一步观测火星，以追踪更稀薄的气体，例如可能源自地质或生物活动的神秘的季节性甲烷羽流等。揭示恒星形成的秘密哈勃空间望远镜拍摄到的最具标志性的图像之一是“创生之柱”——在老鹰星云内发现的长达光年的圆柱形分子气体。近日，韦布望远镜重新审视了距离地球6500光年的“创生之柱”，在近红外光和中红外光下拍摄的图像显示，新的恒星正在这个“恒星托儿所”内稠密的气体云和尘埃云中形成。韦布太空望远镜对“创世之柱”的精细捕捉，直接观察这些年轻恒星，可以帮助科学家们更好地了解恒星形成的过程——尘埃和气体如何形成紧密的“结”，然后坍缩成恒星。它还可以帮助人们追踪恒星在这样的区域形成后会发生什么，以及它们如何从柱状“茧”中“破茧而出”，从而改进现有的恒星形成模型。改变太空望远镜建造方式尽管韦布望远镜历经多年延期和数十亿美元超额投资，才最终进入预定轨道，但它为太空望远镜的建造开辟了一条新的道路。韦布望远镜的一个独特之处在于，它巨大的金色主镜由18块六边形镜片组成，其口径约6.5米（哈勃约2.4米）的主镜并非整块完整展开后发射上去的——为适应发射时使用的阿丽亚娜5型运载火箭，NASA把主镜的左右两翼进行了“折叠”，在升空之后再让其展开。设计、建造和发射韦布望远镜的努力不仅会带来革命性的发现，而且会激发下一代大型空间望远镜的设计灵感。

编者按：秋季和冬季，气象条件不利于污染物扩散，是我国中东部地区雾霾频发、重发的季节。然而，夏季大气污染同样不容忽视，它具有不同于秋冬季节的特点，尤其是“隐形杀手”臭氧危害巨大 此外，夏季采取有力措施治理大气污染，就像“冬病夏治”，有助于明显缓解几个月后我们可能遭遇的严重灰霾和污染。从本期起，生态周刊推出夏季大气污染防治系列报道，敬请关注。　　进入夏季以来，随着气温不断上升，在很多城市，臭氧代替PM2.5(细颗粒物)，成为首要大气污染物。按照2013年颁布执行的《环境空气质量标准》，PM2.5、PM10(可吸入颗粒物)、二氧化硫等6种污染物被纳入常规监测。这几年，6种污染物中只有臭氧浓度在上升，而且2015年臭氧超标天数已经占超标总天数的16.9%。　　与雾霾相比，臭氧污染很不显眼，往往隐藏在蓝天白云之下，可这一污染物却是人类健康的“隐形杀手”。　　“在天是佛，在地是魔”　　5月臭氧成为京津冀、珠三角、长三角首要大气污染物　　家住北京朝阳的刘源是户外运动发烧友，对空气质量很关注，不过连日来的空气质量监测结果让他很困惑。“明明是蓝天白云的好天气，感觉空气质量很好，可手机软件却时常提示有污染。”原来，“隐形杀手”臭氧已经成为北京夏季大气污染的主凶。　　根据北京市环境保护监测中心的报告，从5月18日开始，臭氧取代PM2.5成为北京大气首要污染物，5月18日，城六区的PM2.5小时浓度为57微克/立方米，而同一时间臭氧浓度达185微克/立方米，已属三级污染。　　环境保护部环境规划院大气环境规划部副主任雷宇表示，臭氧超标主要集中在京津冀、长三角、珠三角区域及山东等省，且污染范围呈扩大趋势。臭氧已经成为颗粒物之外，影响空气质量的最主要污染物。　　2015年上海107个污染天气中，31%的首要污染物为臭氧。2013年以来，江苏省臭氧浓度连续两年不降反升。　　今年6月5日世界环境日前夕发布的《中国环境状况公报》显示，2015年338个城市空气质量超标天数中，以PM2.5、臭氧和PM10为首要污染物的居多，分别占超标天数的66.8%、16.9%和15.0%。环保部最近公布的5月份空气质量数据也显示，无论是京津冀地区，还是珠三角、长三角地区，臭氧都已经成为首要大气污染物。　　公众常常混淆“臭氧层”与“臭氧”的区别。自然界的臭氧，大多分布在距地面20公里至50公里的大气中，被称为“臭氧层”。“臭氧是一种带鱼腥味的淡蓝色气体，具有强氧化性，普通人很难察觉到臭氧污染，”国家城市环境污染控制技术研究中心研究员彭应登说，臭氧通常存在于距离地面30公里左右的大气层中，能有效阻挡紫外线，保护人类健康。但是，近地面高浓度的臭氧会刺激和损害眼睛、呼吸系统等黏膜组织，对人体健康产生负面作用。　　研究显示，空气中每立方米臭氧含量每增加100微克，人的呼吸功能就会减弱3%。当臭氧达到一定浓度时，可使人呼吸加速、胸闷，如果浓度进一步提高，可引起脉搏加速、疲倦、头痛，在这样的环境中停留1小时，会发生肺气肿，甚至死亡。长期呆在臭氧污染严重的环境中，对皮肤健康也可能有损伤，还可能增加致癌危险。　　臭氧污染还会对环境造成损害。比如，会导致植物叶片坏死、脱落，危害生态环境，造成农作物减产等。“在天是佛，在地是魔”，有人这样评价臭氧。　　夏秋季节午后1点到4点易超标　　臭氧浓度总体夏季高、冬季低，南方城市高于北方　　由于臭氧的危害日益明显，我国2012年修订实施的《环境空气质量标准》增加了臭氧控制标准，8小时浓度日平均值一级为100微克/立方米，二级为160微克/立方米。　　雷宇介绍，臭氧污染水平的计量之所以采用日最大8小时平均值，也就是一天中最大的连续8小时浓度均值，是因为臭氧对于人体、植物的影响有一个非常明显的阈值，采用24小时平均的话，高浓度的影响会被低浓度掩盖。　　近地面的臭氧来自哪里?雷宇表示，石化工业、加油站、汽车尾气等排放的挥发性有机物与氮氧化物，在阳光照射的条件下，发生一系列光化学反应，生成以臭氧为主的光化学烟雾。与此同时，臭氧的生成增加大气氧化性，也会加速二次细颗粒物的生成。尤其在6—9月阳光强烈的夏秋午后，一般是下午1点至4点，温度较高、相对湿度较低时，比较容易发生臭氧超标。此外，雷电等自然现象也会产生臭氧，还有少部分臭氧来自于平流层输入。　　研究显示，我国臭氧污染呈现显著的区域分布和季节变化特征，臭氧浓度总体呈现夏季高、冬季低的特征，南方城市臭氧浓度高于北方。　　彭应登介绍，臭氧十分不稳定，易分解，在空气中半衰期为16小时左右，而且随着风力的运输，臭氧会输送扩散。臭氧的性质决定了其污染主要有两大特点，一是持续时间一般不会很长，不超过8—10小时 二是通常是城市局部的污染，污染物排放后，一边传输，一边形成臭氧，一般只有部分位于城市中心区的站点及部分近郊区站点，会监测到较高的臭氧浓度值。　　“城市和城郊的臭氧浓度通常高于乡村，不过由于风力的输送作用，乡村地区也会受到‘牵连’，有时浓度甚至超过城市。” 彭应登说。　　应重点推进PM2.5和臭氧协同治理　　戴口罩无法有效防护，午后日照强烈时减少外出　　氮氧化物和挥发性有机物排放是形成臭氧污染的罪魁祸首。“十二五”时期，氮氧化物首次被纳入约束性指标，实施总量控制，我国通过对钢铁、水泥等行业进行“脱硝”末端处理，并对重型柴油车加装尾气处理装置、提高排放标准，减少氮氧化物排放及硝酸盐对大气环境的污染。“十三五”时期，挥发性有机物已纳入总量控制范围，这些措施都将对臭氧污染防治起到积极作用。　　挥发性有机物防治是难啃的硬骨头，但不少城市已经开展治理，例如，北京将氮氧化物和挥发性有机物列入排放源清单，提高燃油标准 南京重点控制大型客车和重型货车增长 西安对重点工业企业、餐饮企业、加油站、油罐车的治理设施运行加强监管。　　雷宇表示，研究表明，在区域层面上，臭氧污染更多受氮氧化物影响，但是在重点城市的城区，臭氧污染更多受挥发性有机物的影响。“臭氧的浓度，与氮氧化物和挥发性有机物之间呈非线性关系，”雷宇说，臭氧前体物在不同的地方比例不同，氮氧化物、挥发性有机物这两种污染物都会有，但必然有一种占相对主导地位。各地要把自己的臭氧形成机制摸清楚，建立排放源清单，这样才能有的放矢。　　“臭氧前体物也是二次颗粒物的前体物，臭氧与PM2.5治理应该协同起来综合考虑，综合施治。”雷宇说，只有协同控制，重点推进，才有可能将大气污染的主要矛盾更好地解决。　　他说，目前，国家已将石化、有机化工、表面涂装、包装印刷等重点行业纳入约束性指标排放管理，实施挥发性有机物综合整治。此外，不能忽视数量众多的干洗店、印刷厂等“小污染源”的管控，减少机动车排放也需要重点考虑。　　臭氧治理是个长期过程，在污染一时难以消除的情况下，公众该如何加强防范，保障自己的健康?“臭氧以气态为主，戴口罩基本无法有效防护，最好的方式是主动防护，也就是避免接触。”彭应登说，在午后日照强烈的时候，要远离马路边、装修污染严重处、化工厂附近等地方，下午减少外出。儿童、老年人以及某些疾病患者对臭氧污染的抵抗力弱，尽量不要在大太阳天外出。此外，室内大量使用打印机、复印机等，也可能产生臭氧污染，这样的房间要保持通风。

p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 据美国太空网报道，欧洲化学学会近期发布了一份新元素周期表，用“扭曲”的方式显示了地球上90种自然元素相对丰富或稀缺的储量，最后得出结论：人们仍然可以轻松地呼吸氧气，但氦气可能很快会消失。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 欧洲化学学会会长戴维· 科尔-汉密尔顿说，这幅生命基础元素图是一种重要的提醒，告诉人们地球上哪些元素将会因为人类的过度使用而面临消失的危险，“其中有些元素，可能会在百年内消失”。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 这份新表指出，构成地球大气21%的氧气是地球上储量最丰富的元素，不会面临消失的危险；但许多用于制造电脑和智能手机等高科技设备的元素则岌岌可危。例如，铟是一种银色金属，被用于制造手机和电脑的触摸屏。全球只有少数几个地方供应铟，如果我们继续每隔几年就丢弃旧设备，铟可能很快就会枯竭。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 科尔-汉密尔顿补充道：“单单在英国，人们每月就要换掉100万部智能手机。如果我们按照现在的速度继续使用铟，其储备量只够我们再使用20年。” /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 此外，氦的命运也不容乐观。氦是宇宙中第二丰富的元素，但很大程度上，由于人们过多地放飞派对气球，氦在地球上可能只够使用数十年时间。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 科尔-汉密尔顿说，核磁共振扫描仪和深海潜水设备中使用的氦气通常都是循环利用的，但派对上的氦气球往往直接向大气层释放气体，“如果氦进入大气层，它会直接飞到大气层的边缘，永远消失在外太空中。如果人类不尽快开始改变放飞气球的行为，地球上的氦只够用10年左右。” /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 1869年，俄罗斯化学家德米特里· 门捷列夫首次提出元素周期表，今年正是这一元素周期表问世的第150周年。 /p

p 　　为确保土星特别是土卫二地下海洋和水热活动等原始环境，美国国家航空航天局(NASA)的“卡西尼”号土星探测器接受地球总部的指令——“美国东部时间15日上午，在土星大气层焚毁!”经预测，地面指挥站与其最终失去联系的时间为当日7时55分，即北京时间15日19时55分。 /p p 　　据NASA官网最新报道，“卡西尼”号将来到土星北纬10度上方1915公里处，以每小时11.3万公里的速度下降，最后将在土星时间的中午时分坠毁。 /p p 　　“卡西尼”号最初进入土星大气时，飞船的姿态控制推进器会在短时间内开启，以抵抗稀薄气体的阻力，并将其身上的蝶形天线指向地球，以确保传递出最后的宝贵数据 随着大气浓度增加，推进器将被迫在一分钟内，推力从10%增加到100%。一旦“火力”全开，“卡西尼”号不会再保持稳定身姿。 /p p 　　失联开始时，“卡西尼”号的高度预测在土星上方1500公里处，之后，它将像流星那样燃烧。信号丢失后30秒内，探测器会被“撕裂”，预计几分钟之内，所有残余物在土星大气层中完全燃烧殆尽。 /p p 　　在“卡西尼”号坠毁过程中，地面指挥中心收不到任何讯息，因为最后的信号从土星传回地球，最少需要83分钟，而NASA在澳大利亚堪培拉的深空网络综合体的天线，将负责最后一批信号的接收。 /p p 　　 strong 值得一提的是，“卡西尼”号上搭载的12种仪器中，将有包括磁层和等离子体探测仪、无线电科学系统、红外和紫外光谱仪等8种仪器，在最后的坠落期间，收集宝贵的科学探测数据。其中，离子和中性质谱仪将直接对在轨道期间无法测量的大气组成和结构进行采样。 /strong /p p 　　虽然“卡西尼”号消失在土星天际，但它采集的最后影像，将在“卡西尼”号任务官方网站陆续更新。 /p

俄罗斯国家航天集团公司向卫星通讯社表示，日本和西班牙科学家们尚未正式放弃参加俄罗斯轨道天文观测台“光谱-紫外线”项目。此前该项目总设计师谢尔盖绍斯塔克表示，日本和西班牙是否参与建设“光谱-紫外线”仍旧是开放性问题，但俄科学院天文学研究所已经研究用国产产品取代这些国家希望提供的科学仪器零件。消息中称：“尚未收到日本和西班牙科学家正式放弃参加‘光谱-紫外线’的项目。”“光谱-紫外线”观测台将在俄罗斯拉沃奇金科学生产联合公司研制出的综合平台基础上建造。主镜直径达1.7米的太空望远镜是观测台的主要仪器。天文观测台将配备高分辨率和低分辨率的光谱仪和可拍摄紫外线范围内高质量图像的摄像机。预计，“光谱-紫外线”将研究星系、恒星和致密物体的爆炸过程，恒星和行星系的诞生，以及行星大气层、彗星和太阳系其他天体中的情况。此外，计划对已经发现的太阳系外行星进行观测，以研究其大气层，并发现生物标志，即生命迹象。俄罗斯望远镜在能力上接近美国哈勃望远镜，该望远镜于1990年被发射到低地球轨道，可能在20世纪30年代中期脱离轨道。“光谱-紫外线”天文台计划于2025年后使用俄罗斯“安加拉-A5M”号火箭从东方航天发射场发射。设备使用期为5年。

p 　　近日，美国宇航局(NASA)的“卡西尼”号探测器还在继续产生着令人惊讶的发现，而早在一个多月前，这架探测器已经在任务结束后于土星大气中烧毁。来自“卡西尼”号探测器的新数据表明，土星的宏伟光环正在将微小的尘埃颗粒注入到行星的上层大气中，从而形成了一种复杂且意想不到的化学混合物。 /p p 　　“卡西尼”号探测器上的一台质谱仪检测到这种奇特的化学物质——该探测器在最后的5个月里一直在土星和土星环之间环绕飞行。 /p p 　　马里兰州劳雷尔市约翰· 霍普金斯大学应用物理实验室行星科学家Mark Perry说：“我们真的是中头彩了。”10月17日，他在犹他州普罗沃市召开的美国天文学会行星科学分部的一次会议上报告了这一发现。 /p p 　　该项目科学家曾希望“卡西尼”号探测器的质谱仪能够在土星和土星环之间发现水分子的特征。在上世纪七八十年代，NASA的先驱者号探测器和旅行者号探测器在土星的最上层大气中发现了比预期更少的带电粒子。在这些数据的基础上，研究人员在1984年提出，脱离土星环的水分子——主要以冰的形式——起到催化剂的作用，将带电粒子从大气中分离出来。“卡西尼”号探测器的最后几个月给了科学家们第一次直接测试这个想法的机会。 /p p 　　但吸引卡西尼团队的并不是突然出现的水的证据。质谱仪的数据揭示了一个巫师般存在的化学物质，其中包括甲烷，这种分子可能是一氧化碳和更复杂的分子。这些化学物质的浓度在土星的赤道和高海拔地区是最大的，这表明这些物质正在从土星环中脱落。 /p p 　　“卡西尼”号探测器进入土星大气层的深度越深，测量值就愈发奇怪。Perry对与会者说，“卡西尼”号探测器以最近距离掠过土星表面揭示了大量的重分子。科学家还没有确定每种分子的类型，但很明显，除了水之外，还有很多其他分子。 /p p 　　通过分析可能从土星环上脱落的物质的类型，Perry的研究小组得出结论，这些碎片必定是微小的尘埃颗粒的片段，这些颗粒的尺寸仅为1至10纳米，但相对较重。当这些粒子从土星环上落下并撞击“卡西尼”号探测器的质谱仪时，它们被粉碎成小碎片。 /p p 　　这些粒子究竟是如何从土星环飘落到大气层的还有待观察。“我们有很多工作要做，以了解它们是如何到达那里的。”Perry说，“没有一个模型能预测到这一点。” /p p 　　在这些最后的俯冲过程中，“卡西尼”号探测器沿着土星的引力牵引，以每秒钟30公里的速度加速，这一速度超过了质谱仪设计所能承受的4倍之多。“这些速度比它所经历的任何时刻都要高。”Linda Spilker说，他是加利福尼亚州帕萨迪纳市喷气推进实验室的行星科学家，也是卡西尼项目科学家。 /p p 　　在如此巨大的速度下，“卡西尼”号探测器所撞击的任何东西都会分裂成碎片。 /p p 　　今年9月15日凌晨4时55分，数百名科学家见证了“卡西尼”号探测器在火焰中涅槃。“卡西尼”号探测器在土星的大气层中解体，这样做是为了防止探测器污染土星的卫星，包括土卫六和土卫二，这些卫星上可能存在生命迹象。 /p p 　　“卡西尼”号探测器1997年10月15日发射升空，沿途造访过金星、地球、月球、小行星和木星，并于2004年抵达环土星轨道。近20年间，“卡西尼”探测任务大幅刷新了人类对土星的认识，包括它的复杂光环、类型多样的卫星体以及磁场环境等。它曾获得一系列重大发现，如土卫二存在全球性海洋、土卫六上存在液态甲烷海洋、在土卫二喷出的羽流中探测到氢等。 /p p 　　与土星相伴的13年间，“卡西尼”号探测器曾发回大量数据资料，仅图像就差不多40万张。科学家依据这些信息，已发表了约4000篇科学论文。NASA还依据这些信息设计了前往木卫二的探测计划，以及未来十年间的其他太空探测项目。 /p p 　　尽管“卡西尼”号探测器已经结束了自己的使命，但科学家表示未来仍有可能带来重大发现，例如，来自探测器的数据将有助于确定土星环的实际年龄及其磁场的持久性。 /p p 　　(原标题：土星大气发现神秘粒子 卡西尼数据显示或来自土星环) /p p /p

紫外辐射观测在环境保护中的应用 背景 紫外光（UV）是太阳光谱的一部分，分为三种波段：UVA、UVB 和 UVC，波长分别为315-400nm、280-315nm 以及10nm-280nm。从 UVA 到UVC 波长减小，强度增加，也就是说波长越短，对人的潜在危害越大。幸运的是，只有 UVA 和 UVB 能够穿透大气层到达地面。由于太阳紫外辐射对环境和人类健康的影响，以及由于臭氧的衰减引起地球表面紫外辐射的增强，所以需要对太阳紫外辐射进行测量。其中 UV-A 波段刚好在可见光光谱外，无明显的生物活性，在地表面它的强度不随大气臭氧含量而变化。UV-C 在大气层中被完全吸收，因此不会出现在地球表面。对于紫外辐射的测量来说，UV-B 是最受关注的波段，它影响生物活性，在地球表面它的强度取决于大气臭氧柱。环境空气中的污染物与紫外辐射的关系具有两面性：一方面它成为太阳紫外辐射的屏蔽；另一方面它有可能导致更为严重和复杂的大气污染而损害人体健康。由于城市大气中包含有许多来自工业和机动车排放的烃类和氮氧化物成分，紫外辐射为大气中这类化学物质间的相互作用提供了能量；较强的紫外辐射可以有效地增加大气光化学反应活性，使得对流层近地面臭氧质量浓度较大，也使污染物之间的相互作用更加强烈，导致产生更多更复杂的二次污染物，从而加重大气污染程度，因此太阳紫外辐射的测量对环境污染研究有着非常重要的意义。 系统组成 OTT太阳辐射监测系统能长期自动监测地表太阳总辐射强度和地表紫外线强度的变化特征，是气象领域中气象因子观测的重要部分，为适应气象系统的业务需求，满足观测数据的高精度和高稳定性要求。它具备高可靠性、高准确性、易维护、易备份等特点。该系统由分波段紫外辐射表、数据采集单元、供电单元及系统支架等辅助设备组成，其主要性能指标如下： 紫外辐射（SUV-A/ SUV-B） SUV 系列产品是 Kipp & Zonen 公司研制的高精度、高可靠性大气紫外辐射传感器。它可以精确测量大气中某种特定类型的紫外辐射。该系列紫外辐射传感器包括可分别测量 UVA、UVB、UVE 的SUV-A、SUV-B 和SUV-E-单波段紫外辐射传感器：光谱响应：UVA：315～400nm；UVB：280～315nm输出范围：UVA：0～90w/m2；UVB：0～9w/m2响应时间（95%）：1 s非线性：～30VDC功耗：§ 防护机箱：采用玻璃纤维加防腐材料，防水、防紫外线老化；§ 供电单元：交流电方式，交流充电控制器及可充电电池等§ 系统支架：全套安装支架。 如您想要进一步了解太阳辐射表或需要免费解决方案，请关注OTT官微。

“好奇号”火星车的大小几乎相当于一辆SUV，质量是前两部火星车的五倍。它携带的设备是迄今为止送往火星的最为专业和先进的仪器。 (NASA官方网站/图) 　　与勇气号和机遇号用气囊包裹着落地不同，好奇号采用了一种更新颖的着陆方式，就好像是用起重机吊着着陆一样。 (NASA官方网站/图) 　　体积相当于一辆SUV，满载最先进的仪器 　　与2004年登陆火星的勇气号和机遇号相比，刚升空的好奇号要比它们大得多。当它于2012年8月抵达火星后，将以前所未有的精度寻找火星上可能存在过的水的痕迹，以及其他生命存在的基础。 　　2011年11月26日，美国宇航局的“火星科学实验室”在美国佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地发射升空，开始了它前往火星的八个半月的太空飞行。 　　“火星科学实验室”的外形是一辆火星车，它也被叫做“好奇号火星车”(Curiosity Rover)。与2004年登陆火星的勇气号和机遇号两辆火星车相比，好奇号要比它们大得多。它的大小几乎相当于一辆SUV，质量是前两部火星车的五倍。 　　“我们将世界上最先进的科学实验室送往了火星，这让我们非常兴奋。”美国宇航局局长查尔斯博尔登(Charles Bolden)表示，“火星科学实验室将告诉我们一些我们想要知道的关键信息，在它促进科学发展的同时，我们也会发展载人登陆那颗红色星球的能力，以及前往其他我们从未去过的目的地的能力。” 　　自二十世纪初期开始，人们凭着望远镜中看到的火星影像和头脑中的想象，认为火星上可能存在生命，乃至火星人。然而，当最早的着陆探测器海盗1号和2号在1976年触及火星表面的时候，人们大失所望。 　　“来自海盗2号(的照片)显示了一个寒冷、贫瘠、干燥、显然死掉了的行星。”美国宇航局火星探测项目科学总监迈克尔梅耶(Michael Meyer)说，“就像你能想象到的那样，人们对火星探测的热情随之一落千丈。” 　　然而，也是在同一时期，科学家在地球海洋底部的深海热泉里发现了极端微生物的存在。“由此开始，科学家开始了一系列在极端环境中寻找生命的研究。从这些研究中我们了解到，生命可以适应各种环境，看起来唯一必需的要素就只有液态水。”梅耶说。 　　1996年，美国宇航局发射了火星全球勘探者号探测器。这开启了新的探索火星的时期，一系列的轨道器和着陆器被送往火星。探测的结果让科学家了解到，火星并不是海盗号眼里那个“死掉了的行星”，它其实蕴藏着活力。 　　自那时起，美国宇航局火星探测任务的科学目标就围绕考察火星是否曾经支持生命存在而进行，此次的好奇号火星车亦进一步推进美国宇航局“跟着水走”的战略。当它在2012年8月抵达火星后，将用一个火星年(687个地球日)的时间以前所未有的精度寻找火星上可能存在过的水的痕迹，以及其他生命存在的基础。 　　2004年登陆火星的勇气号和机遇号火星车已经发现，火星在过去曾经是温暖和湿润的，甚至可能存在过海洋。但是后来它的环境发生了巨大的转变。 　　尽管过去十年里探测器已经发现了粘土、硫酸盐、水道等令人期待的火星环境特征，但博尔登称：“我认为好奇号火星车是自海盗号以来第一部追寻火星生命问题的探测器。” 　　全新的着陆方式 　　好奇号的降落点位于火星的赤道地区，它在明年落地时正值火星南半球的深冬季节。降落点位于一个叫做盖尔的陨石坑(Gale Crater)。与勇气号和机遇号用气囊包裹着落地不同，好奇号采用了一种更新颖的着陆方式，就好像是用起重机吊着着陆一样。通过这种方式，项目人员希望能够把探测器的着陆点控制到一个更小的区域内。 　　当探测器经过长途跋涉，到达火星上空131千米的时候，它就进入了所谓“进入、下降和着陆”(EDL)阶段。这个阶段大约持续7分钟，但实际的情况取决于届时火星上的风速等大气条件。 　　“任何进入、下降和着陆火星的过程都是一个让你忍不住咬指甲的阶段。那不是一个没有风险的环境。”火星科学实验室项目经理皮特泰辛格(Peter Theisinger)在发射前的发布会上说。 　　好奇号火星车是被防护罩包裹着进入火星大气层的，外观就像一个陀螺。在进入大气层之前九分钟，“陀螺”背壳上的推进器会将整个探测器的姿态调整成隔热罩面对大气层。这项调整完成之后，探测器会从背壳上释放出两个钨制的配重，每个配重有75千克，以这种方式来改变整个探测器的重心位置。这是为了让探测器做好与火星大气冲击的准备。 　　在探测器进入到火星大气层顶部之后，背壳上的推进器会再进行一系列的喷射，以调整探测器的飞行角度和方向。这会让探测器呈“S”形路径飞行，这种飞行方式一方面会减少探测器下降过程的水平距离，同时也能够修正由风造成的偏移。这个过程被称为“制导进入”，它由探测器根据实时探测到的信息自动完成。 　　“与之前的火星任务相比，制导进入技术让探测器对不可预测的大气条件产生更为灵敏的应对。”美国宇航局在一份介绍材料中写道。 　　探测器在着陆前的减速过程中，90%的贡献都来自火星大气的摩擦力。隔热罩承受到的最高温度会出现在进入大气层后80秒，大约有2100摄氏度。 　　然后探测器还有一次调整重心的动作，这次是在降落伞打开前，它丢掉六个配重，将重心调整回到对称轴上。 　　当探测器到达距离火星表面11千米的高度时，降落伞打开。24秒之后，隔热罩脱离。此时，好奇号仍然蜷缩在背壳之中，位于8千米的高度。与此同时，好奇号所携带“火星下降摄影机”苏醒过来，开始工作。它将下降过程拍摄成视频传回地球，一方面供互联网上的“粉丝”们观看，另一方面，这段视频也以更高的分辨率拍摄了着陆点的环境，让科学家能够依据它来制定出好奇号最初的活动路线。 　　再过几十秒，探测器下降到1.4千米的高度时，背壳也会分离，此时探测器以每秒80米的速度下降。探测器上安装的八台制动火箭开始喷射，为探测器进一步减速，直至下降速度降低到每秒0.75米。 　　好奇号所携带的科学仪器是在2004年确定的，当时美国宇航局从征集来的方案中遴选出了八个装置，外加一台来自西班牙和一台来自俄罗斯的装置，一共10台。“当宇航局确定了任务的目标和相应的科学仪器时，我们就看出我们得制造一部很大的火星车。很明显的一点就是，你没法用气囊让这样大的火星车成功着陆。”泰辛格说。 　　“如果你想一下的话，”他继续说，“只有两种推进型方式将火星车着陆：要么把火星车放到推进系统上面，要么把火星车放到推进系统下面。”如果选择前者的话，那么落地之后如何让火星车开下来将会是个令人头疼的问题。 　　于是，“空中起重机”(sky crane)的概念诞生了。“起重机”在距离地面20米时释放出尼龙绳，吊着好奇号下降，同时八台制动火箭中的四台熄火。这时好奇号已经不再蜷缩在背壳之内了，场面有点像直升机吊装货物，但直升机被换作了四脚喷火的飞行器。 　　在接触地面之前，好奇号的轮子伸展开来，一旦它们触及地面，尼龙绳便会断开连接，“起重机”飞到150米乃至300米开外，完成任务。 　　然后，电脑从“进入、下降和着陆状态”转换为“地表状态”，好奇号开始它在火星表面的探索工作。 　　尖端仪器 　　好奇号带上火星的设备是迄今为止送往火星的最为专业和先进的仪器。它“头”上的两个眼睛是两部相机，其中一部能够跨越七个足球场的距离分辨出对面放的是篮球还是足球。另外一部在好奇号抵达一个新地点的时候，能够用25分钟拍摄150张照片，然后合成一幅全景照。 　　这两部相机能够拍摄出彩色照片，但是其原理与以往送往火星的CCD相机有所不同。以往的相机是用不同的滤光镜拍摄一系列照片，然后地球上的科研人员将这些不同颜色的照片合成为彩色照。而好奇号的CCD能够在一次曝光中直接获得红绿蓝三种颜色，它所得到的照片会更加接近人眼的视觉。 　　好奇号还携带了一个被叫做“化学相机”的仪器，它能够发射出激光，击中7米之外的岩石或土壤。被激光击中的物质会产生出等离子体，而“相机”通过观测等离子体的光谱，来测定目标物的成分。设备中的分光仪能够测定6144个不同波长的光，而不同的物质被离子化后所发出的光具有特定的波长。这部化学相机的射程足以帮助科学家寻找下一个近距离采样和分析的目标。 　　“假如岩石表面附着了尘土或者有了风化外皮，那么(好奇号)可以发射数百次重复的激光脉冲来把表层打掉，以测量到内部成分，并可就内部和表层的成分进行对比。”美国宇航局的材料介绍说。 　　另外一部“阿尔法粒子X射线分光仪”则能够在10分钟的快速检测中，探测到岩石中含量低至1.5%的成分。如果给它三个小时时间，它就能够探测到含量在万分之一量级的物质。它尤其对于硫、氯、溴等与盐的生成密切相关的物质敏感，从它们中可能会看出是否曾经与水发生过作用。 　　好奇号有两部直接分析岩石和土壤样本的仪器，分别是“化学和矿物学分析仪”和“火星样本分析设备”。 　　好奇号的机械臂上有钻头和小勺子，对于岩石，它会用钻头获取样本 对于土壤，用小勺子就可以了。取得样本后，机械臂上的筛子能够把直径大于 150微米的颗粒剔除掉。完成这一步后，机械臂把样本倒入“化学和矿物学分析仪”的入口漏斗，然后通过震动让这些样本进入到仪器里。 　　在“化学和矿物学分析仪”的内部，有32个像衬衫纽扣一样大的小盒子，它们是用来盛放样本的。它们安装在一个转轮上，这样就可以通过转动轮子来让任何一个小盒子位于X光的照射之下。从地球出发时，小盒子中已经有5个装上了地球的样本，这是用来做校准的。 　　检测使用了X光衍射的方法，这也是第一次在火星任务中使用这种方法。负责该仪器的首席科学家自1989年以来就在研制X光衍射设备，他的很多技术已经商用，尤其是在发展中国家进行假药筛查。 　　“火星样本分析设备”是整个火星车上最大设备，有一个微波炉那么大。如果是在地球上的实验室里，它所集成的那些仪器能会占很大的空间。它包括了一台质谱仪、一台激光分光仪和一台气相色谱仪。 　　根据美国宇航局相关材料介绍，与当年登陆火星的海盗号相比，好奇号的“火星样本分析设备”在三个方面具有优势。首先，好奇号具有更好的机会。它的选址综合了近年来的发现，选择的是希望最大的区域。它也有更好的机动性，还可以钻取岩石样本。其次，“火星样本分析设备”的灵敏度大为提高，能够探测到含量低至十亿分之一的有机物质。第三，它使用的衍生技术让仪器的识别范围更广。 　　在寻找水的努力上，好奇号还有一件利器，叫做“动态中子返照率设备”。这种设备实际上早先在地球上是用于石油勘探的，它发射出中子，然后通过观察中子与氢原子核相互作用后发生的能量变化来确定氢的存在。后来科研人员将它重新设计后用于月球和火星探测。在2002年，火星奥德赛号探测器曾经用这种设备发现了火星高纬度地下的水冰。 　　好奇号全副武装，做好了一切寻找火星水和有机分子的准备。但科学家们并不确定他们真的能找到任何东西。“尽管火星上可能存在过生命这一点能够激起兴趣，如果发现火星上的条件不适合生命存在也是有价值的，这会有助于研究火星和早期地球之间的不同点和相似点。”美国宇航局强调。

甲烷分子是地球大气中的有机分子，被广泛公认为是生命潜在的迹象。 　　人类寻找外星生命的手段正在提高。日前，一支英国与澳大利亚联合研究小组新研制出一种甲烷探测模型，能够更广泛地发现外星球上的生命分子，其或将探测到神秘的地外生命。不过，由人类主动去发现地外智慧生物是否是一种明智的行为，目前尚未有定论。 　　地球的大气层中，至少90%的甲烷气体是由生物体产生的。甲烷因此被认为是生命潜在的迹象，这种地球上最简单的有机分子，出现在其他行星上，也会被视作是生命能否存在的一个指标。但在此前，科学家的甲烷模型的制作方法有失准确，导致甲烷模型并不完整。 　　据英国《每日邮报》在线版6月17日报道，英国伦敦大学学院和悉尼新南威尔士大学的研究人员，日前研制出了强大的甲烷检测模型。这是一种新型&ldquo 热&rdquo 甲烷光谱，可以检测高于地球环境温度的有机分子。研究人员预计，目前已可探测到高达1500K(约1220摄氏度)环境下的甲烷气体，这在以前是不可能实现的事情。 　　为了找出环绕其他恒星运行的遥远行星组成成分，天文学家分析了那些大气层吸收不同色彩星光的行星，并将其对照模型光谱，从而鉴别出了不同的分子。该研究论文联合作者乔纳森· 丁尼生教授表示，当前的甲烷模型是不完善的，其导致某些行星上的甲烷水平被严重低估。他预计，最新模型将对未来行星研究产生重大影响，帮助科学家们探测到外星球上的生命体的迹象。 　　相关论文近期发表在《美国国家科学院院刊》上，文章描述了研究人员使用英国最先进超级计算机提供的项目，计算了近100亿个光谱线。 　　由于甲烷能够吸收光线，而每个光谱线具有不同颜色，这就意味着模型将能提供大温度范围下甲烷的更准确信息&mdash &mdash 而新研究调查的光谱线，数量是之前研究的2000倍之多。 　　目前，该模型已经过测试和验证，其成功再现了褐矮星中甲烷吸收光线的细节。论文第一作者谢尔盖· 尤尔琴科补充道：&ldquo 我们建立的光谱模型，要与现代超级计算机的惊人力量结合才能完成。&rdquo 未来他们会对模型进行更多研究，以将温度阈值调至更高。 　　不过，随着近年有宜居潜力的系外行星的发现不断增多，与这种科学界寻找地外生命的热情高涨相反，也有声音一再提醒：此举并非明智。著名物理学家史蒂芬· 霍金几年前就曾警告，外星人存在但别主动去寻找，如果外星人想拜访我们，他认为结果可能与哥伦布当年踏足美洲大陆类似&mdash &mdash 对当地印第安人来说不是什么好事。

美国“信使”号水星探测器按计划将于3月29日从水星轨道传回首张图片。从4月4日起，它将正式展开对水星的观测，以确定水星表面成分，探测水星的神秘磁场以及水星极地区域永久阴影部分是否存在冰。 　　2011年3月17日，经过15分钟的近水星制动，减速后的“信使”号被水星捕获，进入近水星距离200千米、远水星距离15193千米、周期12小时的水星椭圆轨道，对水星进行为期一年的探测工作。 　　有人说，水星名不副实，因为它是太阳系中距离太阳最近的行星，表面温度很高，所以上面根本没有水。但也有人认为，在水星极地阳光永远照不到的阴暗陨石坑深处，很可能存在水冰沉积物。 　　由于水星离太阳很近，因此在地面观测它和用飞行器探测它都十分困难，至今只有美国的“水手10号”和“信使”号探测器探测过水星，其中1973年11月 3日发射的“水手10号”探测器也仅以掠过的方式探测过水星，故无法对水星进行长期、全面和详细的了解。经过多年研制，第一颗水星探测卫星“信使”号终于在2004年8月3日升空。它耗资4.46亿美元，发射质量1100千克，其中600千克为燃料，体积与大型办公桌相近。 　　水星上太阳的亮度比在地球上高出11倍，表面温度可达450摄氏度，所以设计“信使”号的关键是如何应对这样的高温环境。为此，“信使”号装有先进的大型遮阳罩，能使探测器的温度保持在20摄氏度左右。此外，它还有许多特点，如两翼由数千个小“镜子”组成，其中2/3的“镜子”用于反射水星附近的强烈阳光，剩下的“镜子”用于将阳光转化成电能 各重要系统都有备份 使用现成的部件和标准的数据界面 采用“近地小行星交会”小行星探测器子系统设计等。 　　“信使”号此行有六大任务：水星具有何种磁场特征?为什么水星的密度那样高?水星具有何种地质形成过程?水星核具有怎样的构成和形态?水星两极的异常物质是什么?水星表面有哪些不稳定物质对其外大气层的形成起了重要作用?为了完成这些任务，“信使”号携带了磁力计、伽马射线与中子光谱仪、X射线光谱仪、水星大气与表面成分光谱仪、高能粒子与等离子体光谱仪、水星双重成像系统和水星激光高度计等共7台科学探测仪器。 　　“信使”号当初升空后没有直奔水星，而是借助地球、金星和水星的引力飞行6年半后才进入水星轨道。其间，它一次飞越地球(2005年7月)、两次飞越金星(2006年10月和 2007年6月)、三次飞越水星(2008年1月、2008年10月和2009年9月)，最终于今年3月17日进入环水星轨道。每次借力飞行都可以改变 “信使”号轨道的形状、尺寸、倾角和速度，最终巧妙地把“信使”号从绕太阳的轨道送入环水星的轨道。“信使”号在三次飞越水星的过程中收获了大量成果。例如，绘制了水星表面的详细状况，勘测了这颗行星的构成成分、地磁环境以及稀薄的大气层等多种特征。 　　目前，美国航天局计划将“信使”号探测器的服役期延长一年，但未来能延长多久还需要时间来证明。

近日，詹姆斯韦布空间望远镜（JWST）拍摄到一颗太阳系外行星的直接图像，这是该空间望远镜首次拍摄到相关图像。由于该望远镜的性能比预期的好10倍，未来很可能将看到更多类似图像。JWST上的NIRCam和MIRI仪器看到的系外行星HIP 65426 b。图片来源：NASA等 到目前为止，天文学家仅拍摄了20颗太阳系外行星的直接图像，它们全部来自地球上的望远镜。但由于地球大气层阻挡了很大一部分红外波段的光，所以很难探测到这些行星的细节特征。　　英国埃克塞特大学的Sasha Hinkley说：“身处地球确实为我们探测行星制造了一些障碍。直到今天，我们探测到的质量最小的行星大约是木星质量的两倍。”　　现在，Hinkley和同事利用JWST直接拍摄到了太阳系外行星HIP 65426 b的图像。该行星的质量约相当于7个木星，围绕一颗距离地球400光年的恒星运行。研究小组在红外波长范围内以前所未有的精度捕捉到了它。　　JWST打破了限制，Hinkley说，未来的观测应该能深入到远小于木星质量的天体。“这将使我们能够找到太阳系中类似于冰态巨行星的行星。”　　HIP 65426 b相对年轻，温度也较高，这意味着其更容易成像。它之前曾被地面望远镜观测到，因此研究人员使用它测试JWST的系外行星成像能力。他们发现，JWST的性能比预期的好10倍，而且比之前的任何望远镜都灵敏得多。　　团队成员、爱丁堡大学的Beth Biller说：“JWST的灵敏度非常高，所以我们可以看到比较模糊的天体，尤其是距离恒星稍远的那些。”　　该团队在不同的红外波长范围内都可以捕捉到HIP 65426 b。“通过在如此广泛的波长范围内观察行星，我们可以获得更多信息，如关于其大气层的化学成分等。”Hinkley说，“这非常重要，因为了解行星的组成和化学成分可能会告诉我们其形成过程。”　　对HIP 65426 b进行成像很棘手，因为它的轨道离母星很近，这造成了亮度上的高对比度。团队成员利用日冕仪屏蔽了恒星的光线，使他们能够在一段波长范围内看到图像。JWST的两台红外仪器NIRCam和MIRI让行星看起来有些不同，因为这些设备处理图像的方式有所不同。　　诺丁汉大学的Michael Merrifield说，由于JWST需要观测许多不同的天体，它实际上并不是最佳的系外行星成像设备。“但这仍是一个巨大的飞跃，它可能会把我们带进一个从未去过的领域。”