紫外臨邊成像光譜儀：探測大氣層的“天眼”

  人眼看到的大氣是透明的，我們看不到大氣的變化，更看不到有多少有害氣體如妖魔鬼怪般潛伏在大氣層中伺機而動。

　　天宮二號有一對“天眼”，不僅能看到人眼所能看到的可見光，更將視野擴展到人眼所不能及的紫外光。在“天眼”的注視下，大氣中的一切都無所遁形。

　　 紫外臨邊成像光譜儀的“環形天眼”

　　紫外臨邊成像光譜儀的“前向天眼”

　　“臭氧層在地球上空形成一把保護傘，它將太陽光中99％的紫外線直接過濾掉，有效避免地球生物被紫外線傷害，但也正是這層臭氧阻礙了紫外儀器在地面上對臭氧層以上的大氣層進行探測，因此我們需要在地球上邊安置洞悉大氣的‘天眼’——紫外臨邊成像光譜儀，在太空對地球大氣進行‘層析’式探測研究。”紫外臨邊成像光譜儀主任設計師、中科院長春光機所研究員王淑榮向《中國科學報》記者介紹說。

　　王淑榮說，通過“天眼”，我們可以看到整個大氣層的密度、臭氧、氣溶膠、有害氣體等的垂直分布及其變化，同時還能監測中層大氣的狀態與擾動，我們可以了解太陽活動、大氣與地球天氣及氣候的關系，同時還能觀測全球環境變化，這一切對于科學和人類生活都非常重要。

　　天宮二號上的“天眼”有兩個，一個叫“前向”，一個叫“環形”，同時對地球大氣層進行天底和臨邊探測。

　　王淑榮打了個比方：假如將大氣層比作一處美景，天底觀測便如在它頭頂盤旋的小鳥，能看到的是輪廓和總量，而臨邊觀測則相當于儀器與地球邊緣大氣并肩而立，可以細致欣賞品味它的層次美。

　　“前向天眼”具備紫外-可見-近紅外大氣臨邊成像光譜探測功能，可以對地球臨邊大氣進行切片式探測，反應大氣痕量氣體的垂直分布信息，并可以獲得很高的垂直分辨率。“環形天眼”具備同時對天底大氣和臨邊大氣多方位探測的功能，通過反演計算可以獲取大氣痕量氣體多方位的時空分布，進而為大氣環境監測和大氣科學研究等提供服務。

　　當前國際上已有的紫外臨邊探測儀器大多是單個方向（前向），個別有前向和側向。然而這些探測的明顯局限是只能得到一個很窄徑跡上的數據，相鄰軌道之間有巨大空隙，全球覆蓋的時空代表性差，不能獲得較密的時空覆蓋，不能揭示中小尺度變動特征。就如管中窺豹，可見一斑而難知整體。

　　天宮二號紫外臨邊成像光譜儀將“前向”和“環形”組合探測，實現了垂直對地的天底探測和對地球切線方向的臨邊多方位探測組合及反演比對，實現了對地球大氣的多方位、高光譜、多時空分辨率觀測，達到比一般臨邊探測更高水平的層析反演，在國際上是首創。

　　“該項技術驗證及科學實驗為下一步空間大氣臨邊成像光譜探測的業務化運行奠定了基礎，將在大氣痕量氣體監測、天氣預報、空間天氣和物理等領域具有廣泛的應用。”王淑榮說。