「千里眼」如何「看」二氧化碳？——詳解我國首顆碳衛星

12月22日3時22分，我國在酒泉衛星發射中心用長征二號丁運載火箭成功將全球二氧化碳監測科學實驗衛星（簡稱「碳衛星」）發射升空。本次發射的碳衛星是我國首顆用於監測全球大氣二氧化碳含量的科學實驗衛星。此外，本次任務還搭載發射中科院微小衛星創新研究院自主安排研製的1顆高解析度微納衛星和2顆高光譜微納衛星。新華社發（任暉 攝）

12月22日3時22分，我國在酒泉衛星發射中心成功發射全球二氧化碳監測科學實驗衛星。這是我國首顆、全球第三顆專門用於「看」全球大氣中二氧化碳含量的衛星。

太空中怎麼能「看」到二氧化碳？「看」到了二氧化碳又有什麼用？這顆衛星還帶了哪些「高精尖」科技？記者採訪相關專家，揭開碳衛星的神秘面紗。

「千里眼」看顏色識氣體

從厚厚包裹著地球的大氣層中，識別出哪些氣體是二氧化碳，還要畫出一張張「動態圖」——碳衛星需要安上特製的「千里眼」。

本次發射的碳衛星，搭載了一台高光譜與高空間解析度二氧化碳探測儀。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。

用通俗的話說，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。

碳衛星項目要求大氣中二氧化碳的濃度監測精度優於4ppm（百萬分比濃度），即是說，當大氣中二氧化碳含量變化超過百萬分之四時，「千里眼」就必須發現。

長春光機所助理研究員藺超說，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划出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」。

地面觀測點也能搜集大氣中的二氧化碳數據，為什麼還要發射衛星？碳衛星工程地面應用系統總設計師楊忠東說，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，只有用衛星俯瞰，才能繪製二氧化碳分布的全景圖。

「碳排放」要有中國數據

掌握全球的二氧化碳分布狀況有什麼用？科技部國家遙感中心總工程師李加洪說，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，減少二氧化碳等溫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溫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溫室氣體探測技術既能對二氧化碳等溫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布數據。

正因如此，各發達國家紛紛研發專用衛星。由於技術難度極高，目前僅有兩顆衛星從太空監視地球溫室氣體排放：一顆由日本2009年發射，一顆由美國2014年發射。

李加洪介紹，我國發射的碳衛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布圖，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。」 李加洪說。

「高精尖」未來有望測霧霾

碳衛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。

楊忠東說，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，並為研究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，要等碳衛星傳送回第一份數據後再做分析判斷。

此外，碳衛星實現全球觀測，是衛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。

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