为什么 NASA 的新气候卫星要研究云层和浮游植物

(SeaPRwire) –   如果您想发现浮游植物，那就应该极其接近。浮游植物是最小的居住在淡水和海水中的生命形式之一，可能只有 1 微米，或百万分之一米。但是，细微的事物可能会产生重大影响。浮游植物的繁殖（实际上是微藻的一种形式）可以蔓延数英里，有时会对渔业、海滩、饮用水供应和整个水生生态系统造成灾难性破坏。若要追踪如此蔓延的灾难，您需要保持 675 公里（420 英里）的距离。这是 NASA 的新卫星（缩写为浮游生物、气溶胶、云和海洋生态系统）的轨道高度，该卫星计划于 2 月 6 日发射。

正式而言，PACE 将继续自 1978 年 NASA 发射有史以来第一艘用于观察海洋中浮游生物并研究其在影响环境中更广泛的作用的航天器海洋颜色传感器（OCS）以来开始的项目。但是，在这样一个我们对整体环境科学和尤其是气候变化有了更多了解的现代时代，PACE 是一艘更智能、更灵活的飞船，它将从两个重要方面检测地球脉搏。

第一个将直接解决浮游植物问题，对于政府、工业和环境科学家来说，由于多种原因，这一点很重要。巨大的生物地毯有时可以从大气中吸收碳并将其固定在食物链的底部，供其他较大的生物食用。但是藻类产生的毒素也会杀死鱼类和其他水生生物，并对人类造成腹泻、瘫痪、眩晕和记忆丧失、肝功能异常、呕吐和麻木等症状。

PACE 任务的项目科学家杰里米·韦德尔说：“我们需要在这方面关注天际，因为[浮游植物]生长非常迅速，以小时到天为单位。” “它们也处于旋转的三维流体中，因此如果您今天看不到它们，那么它们明天很可能就在那里。”

扫描浮游植物并不是 PACE 的全部工作。第二个相互关联的环境因素，一种可能影响气候变化的因素是大气气溶胶——野火烟雾、沙漠灰尘、火山灰、城市工业烟雾甚至蒸发到海洋中的海洋盐所形成的漂浮云团并带到天空中。气溶胶会产生一种漂浮的阴影，这种阴影取决于其颜色、组成和颗粒大小，可以吸收入射的太阳能，从而加剧全球变暖，或将其反射回太空，从而降低温度。

韦德尔说：“我不会用‘温室效应’这个词。” “这个词通常专指气体，而不是颗粒物。但原理在某种意义上是相同的，因为涉及到某种辐射平衡。”

PACE 将于 2 月 6 日凌晨 1:33 美国东部时间登上发射至太空，作为一颗相对较小的机器——重量为 1700 公斤（3750 磅），高 1.5 米（4.9 英尺）。NASA 可以让 PACE 保持紧凑，因为该卫星只携带两件科学硬件：一个海洋颜色成像仪（OCI）和一个偏振计。

顾名思义，OCI 旨在测量海水颜色，在光谱上的不同波长之间做出微小的区别，以确定不同区域的化学成分，进而确定称这些区域为家的生物类型，特别是各种类型的浮游植物。不同种类的藻类具有不同的色调，通常是绿色或蓝色，但也可能是最危险的红色。后者能够产生所谓的水华，水华释放出高度持久的毒素，随着小鱼食用它们、大鱼吃掉小鱼，如此循环，这些毒素便会在食物链中上移。当然，这是假设小鱼能够存活，而根据它们所消耗的毒素浓度，它们通常无法存活。2021 年佛罗里达州发生的一场赤潮导致坦帕湾海滩上出现了大量的死鱼。 

韦德尔说：“PACE 测量全光谱颜色，从紫外线到近红外线。” “这是一个新的信息，它让我们不仅可以说我们看到浮游植物，还能说它们是浮游植物的哪个类群。”

区分这些生物很重要，因为浮游植物不仅具有不同的毒性水平，而且具有不同的新陈代谢和大小。收集这些数据将有助于科学家了解海洋如何捕获或释放排放物。一些浮游植物吸收的碳比其他浮游植物多——从大气中吸收碳并降低其导致全球变暖的能力；一些浮游植物较大，因此下沉得更深更远，将其收集的碳隔离在更深的水层中。浮游植物还会向空气中释放气体，为大气水微滴提供一个成核点，最终导致云的形成。反过来，这些气体会反射掉使地球变暖的阳光。韦德尔说：“这些生物是真正重要的难题组成部分。” 长期目标是更多地了解海洋-大气气体和云交换循环以及更好地掌握其如何改变我们的气候。 

偏振计研究另一部分，即通过测量阳光穿过空气时发生的振荡来研究大气中的气溶胶。这是一个必不可少且目前尚未完成的研究领域。就像大多数科学图表一样，联合国发布的图表包括所谓的误差线，以表示任何数据集中不确定性的程度。韦德尔说：“IPCC 的数据可以分解人们认为可以使大气变暖和变冷的不同因素的贡献，而现在，最大的误差线在于人为气溶胶分布。”

他和 PACE 团队的其他人旨在解决这个问题，收集数据来帮助环境科学家研究气溶胶并收集线索来确定未来气候变化的速度和严重性。韦德尔说：“通过进行这些测量，我们就能了解大气的不同成分是如何相互作用的——某些事物正在变暖，而另一些事物正在变冷。了解所有这些信息非常非常重要。”