卫星如何助力从太空监测我们变化中的星球的6种方式

本文首次发表于2024年3月6日，并于2024年5月16日更新。

• 一颗第一代地球观测卫星于3月重返地球。此前，它曾揭示了20世纪90年代全球变暖导致极地冰盖加速变化的情况。

• 从安装在国际空间站上的设备到微型卫星，我们将介绍当前及未来用于从太空监测地球健康状况的技术。

• 据世界经济论坛的一份新报告显示，到2030年，地球观测领域预计将为全球经济贡献超过7000亿美元，并每年减少20亿吨温室气体排放。

当ERS-2于3月螺旋坠落回地球时，它并不只是又一颗在大气层中烧毁的卫星。ERS-2是科学家们满怀敬意称为“欧洲地球观测的祖父”的两颗卫星中仍在运行的最后一颗。“欧洲地球观测的祖父”。

这两个ERS（地球遥感）任务由欧洲航天局（ESA）于20世纪90年代初发射，为科学家提供了研究地球大气层、陆地和海洋的新方法。其任务包括监测海冰、森林砍伐、臭氧水平以及与地球健康相关的许多其他方面。

据英国广播公司（BBC）报道，他们所揭示的情况令人深感担忧。科学家此前认为，极地冰盖稳定，数十年内不太可能受气候变化影响，但ERS的信息显示，它们已经在经历剧烈变化。

ERS-2于2011年完成任务，为当今太空地球观测的大部分工作奠定了基础。那么，ERS的“子女”和“孙辈”又如何呢？

ERS-2为地球观测奠定了基础。Image: 欧洲航天局

1. PACE搜寻浮游植物

NASA的PACE任务是ERS的最新“继承者”。PACE代表浮游生物、气溶胶、云和海洋生态系统（Plankton, Aerosol, Cloud, ocean Ecosystem）。该卫星于2月中旬发射，将提供有关水中微生物和空气中颗粒物的数据，这些内容对影响我们星球的许多过程至关重要对影响我们星球的许多过程至关重要，尤其是气候变化。

除其他仪器外，PACE的仪器将使科学家能够追踪浮游植物的分布。浮游植物在全球碳循环中发挥着关键作用，它吸收二氧化碳并将其转化为细胞物质。它还可用于监测渔业健康状况、有害藻类的生长以及海洋中的其他变化。

其他设备将监测阳光对大气颗粒物、云层和空气质量的影响。

NASA的PACE卫星旨在揭示影响我们星球和气候变化的、空气和水中微小生物及颗粒物的情况。Image: 路透社/Joe Skipper

2. 从国际空间站监测地球

国际空间站（ISS）处于独特的位置，能够监测我们的星球，因为它能够覆盖地球90%的人口。随着空间站沿轨道运行，它每天经历16次日出和日落。

宇航员拍摄的照片例如，是实时追踪风暴或火山喷发的一项主要监测来源。此外，空间站外部安装的一系列仪器（其中许多用于收集气候数据）也发挥了作用，据NASA介绍。国际空间站收集的数据涵盖范围广泛，从大气中的矿物尘埃颗粒，因为它们可通过海面温度和臭氧等大气气体影响气候变暖、降温以及空气质量。

图中所示的国际空间站（I）于2005年由发现号航天飞机拍摄，与卫星一道，已成为地球观测的重要枢纽。Image: 路透社/NASA电视台

3. 立方星搜寻气候数据

鞋盒大小的纳米卫星被称为立方星（CubeSat），可以说是ERS任务的“孙辈”。

它们可从国际空间站部署，用于测试新的气候科学实验，并将空间站在气候变化科学领域的覆盖范围扩展到更广阔的区域。

立方星具有模块化、高度集成的特点，并使用现成的硬件。这使其能够根据任务的具体需求进行扩展。它们还实现了标准化，更易于装入运载火箭上的标准运输集装箱。这意味着更多的发射机会和更低的成本。

4. 测量海洋和陆地表面温度

海陆表面温度辐射计（SLSTR）作为欧洲航天局地球观测项目“哥白尼计划”（Copernicus）的一部分发射。SLSTR系统安装在其中两颗哨兵卫星上，这两颗卫星分别于2016年和2018年发射，另有两项任务计划于2024年和2025年进行。SLSTR系统旨在延续ERS双星在20世纪90年代及21世纪初开展的观测工作，重点关注海洋表面地形以及陆地和海洋表面温度。

随着即将进行的发射，科学家将拥有40年的海表温度数据，有助于他们理解长期气候趋势。此外，卫星设备将有助于建立基准，并使我们能够在迈向2050年及以后的过程中，衡量脱碳政策的影响。

海陆表面温度辐射计是安装在哨兵-3卫星上的仪器之一，该卫星负责监测我们星球的健康状况。Image: 欧洲航天局

5. 从太空追踪甲烷污染

2024年3月初发射的MethaneSat是日益庞大的、用于监测我们星球健康状况的技术阵列中的最新成员。其目标是在全球范围内定位石油和天然气作业中的甲烷泄漏点——以及排放损失率——并追踪其随时间的变化。

甲烷是天然气的主要成分，是仅次于二氧化碳的全球变暖第二大成因。过去200年间，其在大气中的浓度增加了一倍以上。

该卫星由美国非营利组织环境保护基金（Environmental Defense Fund）与新西兰航天局共同开发，MethaneSat旨在使石油和天然气行业承担责任。它还将帮助该行业为欧盟和美国即将出台的新甲烷监管规定做好准备。

MethaneSat将追踪石油和天然气行业的甲烷排放；此处所示图像基于研究飞行所收集的数据。Image: MethaneSat

6. 新一代卫星将发现河流和海洋中的污染

2024年4月，确认发生了第四次全球珊瑚白化事件，该结论基于美国国家海洋和大气管理局（NOAA）卫星获取的海表温度数据。NOAA表示，珊瑚白化现象在大西洋、太平洋和印度洋盆地范围广泛存在，该机构自1985年起一直监测海洋温度。

但气候危机并非唯一的罪魁祸首。野火或农业径流造成的污染可能“阻碍珊瑚生长”，有害藻类和极端降雨同样可能如此，NOAA的Ryan Vandermeulen表示。被称为GeoXO的新一代地球观测卫星将能够探测河流和海洋中的污染，每小时测量一次空气质量，甚至“观察湍流何时开始形成”，NOAA GeoXO项目主任Pam Sullivan表示。这些卫星预计将于2030年代初发射。

将所有数据汇集起来，形成对我们星球的统一视图

鉴于地球气候数据在地球上和太空中大量生成，世界经济论坛的一项重要目标是将这些数据汇集到一个开放的在线资源中。其全球生态系统地图集旨在全面展现全球生态系统，以帮助设定保护目标、监测合规情况，并设计未来的食品、健康和出行系统。

到2030年，地球观测（EO）领域预计将为全球经济贡献超过7000亿美元，并据论坛的一份新报告显示，每年减少20亿吨温室气体。推动关于如何利用EO数据为企业、人类和地球创造价值的对话，是论坛地球观测社区的目标。