在地球上，我們經(jīng)常向天空望去，想知道宇宙其余部分中的物質(zhì)。同時，在距地球250英里處，國際空間站正在回頭。

在我們上方的位置上，多臺地球觀測儀器安裝在該站幾個模塊的外部，包括一個充滿攝像機(jī)，盒子和懸掛在該站日語實(shí)驗(yàn)?zāi)K(JEM)邊緣的工具的支臂。觀測地球的CubeSat定期從氣象站的氣閘部署。宇航員從軌道實(shí)驗(yàn)室的窗戶上拍攝行星的照片。這個哨所甚至進(jìn)行了地球科學(xué)實(shí)驗(yàn)。所有這些工作提供了對我們家庭氣候以及我們?nèi)绾螢榧磳⒌絹淼淖兓鰷?zhǔn)備的見識。

宇航局約翰遜太空中心勘探科學(xué)辦公室經(jīng)理威廉·斯特法諾夫(William Stefanov)表示：“如果您對事物的變化方式?jīng)]有很好的了解，那么當(dāng)它們發(fā)生變化時，您將處在一個非常糟糕的境地。”休斯頓

Stefanov說，天氣反映了短期內(nèi)大氣的狀況，而氣候則是大氣在數(shù)十年，數(shù)百年甚至地質(zhì)時間跨度中的行為方式。

這意味著必須長期追蹤影響我們氣候的因素。它在軌道上已有20多年的歷史，這使該空間站成為了收集這些長期數(shù)據(jù)的好地方。合并后的信息將創(chuàng)建一個獨(dú)特的數(shù)據(jù)集，可幫助我們?yōu)闅夂驔Q策提供依據(jù)，并有可能開發(fā)出解決環(huán)境問題的方法。

眼睛在地球上

該空間站提供了獨(dú)特的行星視角，其軌道路徑超過了地球人口的90%。它的軌道傾角約為52度，可讓宇航員和地球觀測有效載荷看到太陽升起，并且每天在世界各地設(shè)置16次。

斯特法諾夫說：“該軌道使空間站可以在白天或黑夜的不同時間穿越地球的不同地點(diǎn)并收集數(shù)據(jù)。與大多數(shù)其他自由飛行的衛(wèi)星收集的遙感儀器相比，這是完全不同的數(shù)據(jù)集。”

ECOSTRESS，GEDI，OCO-3，DESIS，TSIS(也稱為TSIS-1)和HISUI等國際有效載荷安裝在軌道實(shí)驗(yàn)室的外部，分別收集與氣候相關(guān)的數(shù)據(jù)。結(jié)合起來，它們提供了一套獨(dú)特的測量方法，可以推動環(huán)境研究的前沿。

“ OCO-3小組希望了解植物及其在碳循環(huán)中的作用，”位于南加州的NASA噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的OCO-3項(xiàng)目科學(xué)家Annmarie Eldering說。“事實(shí)證明，我們的空間站鄰居ECOSTRESS正在研究植物如何應(yīng)對壓力。然后是GEDI，它正在研究地面上有多少植物材料。正在研究植物及其在碳循環(huán)中的作用的科學(xué)家我們非常興奮。我們聽到了很多關(guān)于如何一起使用所有數(shù)據(jù)以更好地理解植物的討論。”

OCO-3傳感器使用通過大氣的陽光反射來測量大氣中二氧化碳的變化，觀察到的變化小于百萬分之一。

Eldering說：“大多數(shù)氣體如臭氧，一氧化碳或水蒸氣被污染時，其大氣濃度是其兩倍或三倍，因此很容易檢測到。但是對于二氧化碳而言，很難看到這種變化。”

測量這些細(xì)微變化可能是回答有關(guān)大氣二氧化碳的長期問題的關(guān)鍵。

“對我們來說幸運(yùn)的是，植物和海洋每年吸收約一半的人類產(chǎn)生的二氧化碳排放。但是，如何做到這一點(diǎn)，為什么每年的排放量不同以及吸收如何在海洋中吸收，仍存在一些謎團(tuán)。未來。” “我們的數(shù)據(jù)旨在幫助回答這類問題。”

碳的存儲和清除也已經(jīng)在站內(nèi)和站外進(jìn)行了研究。光生物反應(yīng)器檢查了微藻是否可以幫助關(guān)閉生命支持系統(tǒng)中的碳環(huán)，科威特的實(shí)驗(yàn)：大腸桿菌C5研究了微重力對大腸桿菌的影響，該細(xì)菌經(jīng)過修飾可以消耗二氧化碳作為食物來源。前空間站有效載荷HICO拍攝的圖像甚至幫助開發(fā)了一種檢測有害藻華的算法。藻類在全球碳循環(huán)中起著重要作用，而水華是海洋吸收大量碳的原因。

借助SAGE-III跟蹤臭氧，ISS-LIS和ASIM監(jiān)??視閃電以及TSIS跟蹤從太陽流入地球的總能量等其他設(shè)備，氣象站實(shí)驗(yàn)推動了許多氣候記錄和模型的發(fā)展。

TSIS的前首席研究員，科羅拉多大學(xué)博爾德分校教授彼得·普列夫斯基(Peter Pilewskie)說：“氣候變化提出了人類可能面臨的最大環(huán)境挑戰(zhàn)。” “監(jiān)測流入，流出系統(tǒng)的能量，增強(qiáng)了我們了解氣候系統(tǒng)如何工作，認(rèn)識到氣候系統(tǒng)正在變化以及確定造成氣候變化的機(jī)制的能力。”

該站提供了一個標(biāo)準(zhǔn)化的，功能強(qiáng)大的平臺來容納諸如TSIS之類的地球觀測實(shí)驗(yàn)。足球場大小，配備許多固定點(diǎn)，足夠的數(shù)據(jù)容量和巨大的電源(隨著即將安裝iROSA太陽能電池板而變得更大，該空間站可以同時容納多種儀器) 。

這些資源的可用性使臺站成為TSIS團(tuán)隊(duì)迅速將其有效載荷送入軌道的絕佳選擇。經(jīng)過一段時間的延誤，在TSIS發(fā)射之前，該小組面臨著先前跟蹤工具的潛在故障。

“它開始變得非常可怕，因?yàn)楫?dāng)數(shù)據(jù)記錄連續(xù)時，氣候記錄的準(zhǔn)確性會保持在可能的最高水平，” Pilewskie說。“由于空間站的原因，我們得以繼續(xù)這一記錄。”

研究人員學(xué)習(xí)了為空間站創(chuàng)建有效載荷的基礎(chǔ)知識后，便可以將這些知識應(yīng)用于未來的空間站項(xiàng)目。普列夫斯基已經(jīng)在進(jìn)行他的下一個實(shí)驗(yàn)CLARREO Pathfinder，該實(shí)驗(yàn)計(jì)劃在未來幾年內(nèi)啟動。

“我們必須精確地指出需要通過操作站上的儀器而獲得的價值，” Pilewskie說。“我們必須對CLARREO Pathfinder做同樣的事情，因此我們使用了一些與驅(qū)動TSIS儀器相同的電動機(jī)。”

CLARREO計(jì)劃通過對地球和月球反射的太陽光進(jìn)行測量來研究地球的氣候，其不確定性要比現(xiàn)有傳感器的測量低五到十倍。

不僅僅是傳感器從上方監(jiān)視我們的星球。人們也是如此。

空間站的窗戶為宇航員攝影和手動收集氣候數(shù)據(jù)提供了機(jī)會。宇航員已經(jīng)從太空拍攝了超過400萬幅地球圖像(從空間站獲得了超過350萬幅圖像)，是記錄地球隨時間變化的最長記錄之一。乘員地球觀測目前支持許多城市夜間照明研究，冰川和火山監(jiān)測，以及受強(qiáng)烈火山噴發(fā)影響的大氣過程的研究。這些圖像還用于生態(tài)調(diào)查，包括一個名為AMASS的合作項(xiàng)目，該項(xiàng)目跟蹤鳥類的遷徙路線以及沿這些路線發(fā)生的變化的影響。

這些圖像還支持颶風(fēng)和野火等事件的救災(zāi)工作。收到自然災(zāi)害的通知后，地面科學(xué)家確定機(jī)組人員是否能夠在高空運(yùn)行時看到該區(qū)域。如果是這樣，機(jī)組人員將捕獲圖像并將其發(fā)送回地球。然后將圖片地理參考，以供地面上的危險(xiǎn)小組使用。宇航員的圖像對于野火事件很有用，例如，向響應(yīng)者顯示煙羽流向何處。

站外部署

通過將CubeSat部署到低地球軌道，該站擴(kuò)大了其對氣候科學(xué)的影響。這些鞋盒大小的設(shè)備(包括技術(shù)演示或測試新型氣候科學(xué)的設(shè)備)與數(shù)千磅的其他研究調(diào)查和貨物供應(yīng)一起投入使用。宇航員將其卸下并準(zhǔn)備在站上，然后將其部署到站的氣閘外面。

“我們的許多小型衛(wèi)星CubeSats都因空間站而乘飛機(jī)。這對于小型項(xiàng)目來說是一個巨大的資源，特別是大學(xué)或NASA中心試圖推動一些小型項(xiàng)目的發(fā)展。CubeSats可能是他們第一個踏上成功之路的墊腳石。 TSIS和NanoRacks-MinXSS首席研究員湯姆·伍茲(Tom Woods)說。“空間站為將這些較小的物體帶入太空提供了很多機(jī)會。”

超過250個CubeSat已從該站釋放，包括許多以氣候?yàn)橹行牡挠行лd荷。例如：

學(xué)生設(shè)計(jì)的NanoRacks-MinXSS CubeSat旨在更好地了解太陽X射線能量及其對地球高層大氣層的影響。

DIWATA-1衛(wèi)星通過觀測臺風(fēng)和局部大雨等氣象災(zāi)害，向菲律賓提供了遙感信息。

HARP CubeSat幫助我們更好地了解云和氣溶膠如何影響天氣，氣候和空氣質(zhì)量。

隨著地球氣候的變化，國際空間站將從上方監(jiān)視，幫助提供維護(hù)地球安全所需的獨(dú)特見解。