据上周出版的Nature中的新闻报道，美国的深空气候观测站（DSCOVR）计划于今年1月29日发射，这可能是有关该探测器最新、最准确的发射日期了。2014年12月18日的报道说预定2015年1月23日发射，也有说是1月31日发射的。再之前，2011年2月21日报道说DSCOVR预备在2013年的年底前发射。
发射一个探测器，有什么好大惊小怪的呢？但是如果大家知道这个探测器背后的故事，也许就会觉得这个关注是值得的。这是一个经过14年悬而未决的时间，最终确定发射的探测器。如果一切顺利，这颗卫星将在110天后到达位于地球与太阳之间的拉格朗日点L1轨道[注]。
制作这个航天器是美国前民主党副总统阿尔·戈尔（Al Gore）的主意，戈尔在倡导环境觉醒问题上的确是蛮拼的。1998年2月的一个晚上，当戈尔在麻省理工学院发表讲话的时候，他提出了一个想法，要“更清晰地展示我们的世界”。他想象有一个探测器，从地球接受太阳光的那一面对地球进行持续的实况探测，并通过互联网发布出来，他希望这个探测器能像由阿波罗17号的宇航员们所拍摄的著名地球“蓝色弹珠”（也有翻译成“蓝色大理石”的）图片一样，给人予启发。戈尔希望这些图像不仅能用于科学研究，还能提高人们对地球地球环境脆弱性的意识。关于这个任务的名称，戈尔选择了哥伦布航行中最早看到北美新大陆的水手Rodrigo de Triana。戈尔表示Triana将“唤醒新一代人关注环境，并教育全球数百万儿童”。但是，很快戈尔遭到了国会一些成员的批评，尤其是共和党那些怀疑他环保主张的人，说的话都是战斗檄文，称这个发射任务只不过是“花了数百万美元的一个屏幕保护程序。因此，这个航天器还获得了一个别称“GoreSat”（戈尔卫星）。1999年，NASA的一个报告认为，Triana发射任务的基本概念并没有经过同行评议，Triana中的科学元素可能并不代表NASA有限的科学资助中最有价值的部分。言下之意就认为这个计划只是政治家拍脑瓜的理念。
虽然Triana从最初的5千万美元预算上涨到1亿美元，Triana的制作还是相对快速和便宜的。NASA于2000年建造完成，并打算通过航天飞机发射。2001年1月，乔治·布什（George W. Bush）在一个颇有争议的选举中击败戈尔，就任总统之后，这项任务就从美国宇航局的航天飞机发射清单中开除了。官方的说法是长期搁置和超过预算的国际空间站建设，需要更高的优先权。但这并未阻止政治动机的猜测。“是谁杀了Triana？”在空间科学领域成为一个猜谜游戏。有人说是布什政府的副总统Dick Cheney，也由人认为是布什总统自己。NASA的地球科学部说，航天飞机拥挤的发射计划是最大的障碍。之后又补充说，这个发射计划已经变得“腐败不堪”，说气候科学的政治不是一个因素，那是不诚实的，实际上就是这样的。2001年11月，看不到在望的发射位，国会批准了100万美元，让Triana封存在戈达德航天中心。2003年2月1日，美国哥伦比亚号航天飞机在执行代号STS-107的第28次任务，重返大气层时发生爆炸解体，机上7名宇航员全数罹难。Triana也没有获得这次任务发射的机会。
如果不是后来NOAA 对空间气象预报的兴趣，Triana可能就一直躺在哪儿了。 2008年11月，这颗卫星从仓库转运出来，看是否可通过Delta II或Falcon 9发射。2009年，戈尔出版了一本新书《我们的选择》（Our Choice），书中有部分内容涉及到有关Triana恢复发射的辩论。这本书还提到通过立法手段试图让这颗卫星能成功发射。NASA将Triana更名为DSCOVR，为了重新获得对该项目的支持。2011年2月，奥巴马政府正考虑对这个项目进行支持。2013年9月，NASA制定了大体的发射计划。
现在，Triana更名为DSCOVR并恢复发射，最主要的可能还是得益于最初建造这个航天器的时候增加的第二个发射任务——监测太空天气。太阳会连续发出太阳风等离子体并携带磁场，将等离子体团和增强的磁场抛向空间，这个现象被称作日冕物质抛射（CME）。空间天气可以对地球上一些公共设施系统造成破坏和干扰，包括电力系统、通讯系统和导航系统等。DSCOVR通过等离子体探测器和磁强计观测太阳风情况，可以提前15~60分钟预警地磁暴的到来。DSCOVR的发射，可用来监测太阳活动，将能更可靠的预警太阳风暴，提高监测太阳活动的能力。另外，DSCOVR是目前在L1点工作17年的ACE探测器的最好接替者。NOAA一直使用先进成分探测器（ACE）提供的数据开展太阳风预警服务。 1997年8月25日，NASA发射了ACE，虽然目前这个观测器仍然在良好运行，也拥有足够的燃料来保持轨道运行到2024年，但毕竟十多年过去了，已经开始老化，因此要寻找一个可替代的廉价方案。2008年10月，美国国会要求美国宇航局提出一个DSCOVR复活计划。并在经过一系列测试后，资助NOAA在5年内用1.05亿美元进行翻新和运作。
戈尔当初打算将这个项目主要用于教育，NASA根据社区征求的建议，制定了一个补充的科学发射任务。瓦莱罗能源（Valero）获得了发射任务，用于探针量地球辐射有多少反射回太空，这是解开影响地球气候过程网络的一个关键变量。例如，云是气候模型的一个长期难题，因为他们都既发射太阳入射光，也捕获地球向外发射的热量。瓦莱罗能源提出了两个仪器：地球彩色相机（EPIC）和先进的地球辐射计（NISTAR）。EPIC相机拍摄云和其他诸如污染、火山灰和季节性植被等影响气候的因素。而NISTAR是一个腔式辐射计它探测地球向阳面的反射和辐射能量，在0.2到100微米范围内分四个波段，测定来自地球的能量，可更好地理解因人类活动及自然现象导致的地球辐射收支的变化效应。NISTAR数据可以很好地应用在气候学研究中，它获得的地球反射光和热辐射数据是目前气候模型的关键。目前对地球能量平衡的估计依赖于缝合在一起的轨道卫星的数据，但DSCOVR将观察地球整个面向阳光的一面。应该可减少对地球辐射收支估算误差的1.5%，对目前的测量有两倍的改进，对气候模拟有很大的帮助。并将部分履行戈尔的最初构想，每隔几小时就在网上发布一些地球的快照。DSCOVR从150万公里的外太空持续观测地球的阳光，它将跟踪日常的天气模式和季节性植被变化、监测大气污染，并对地球将多少能量扔到太空做最精确的测量，这对于改善全球气候模型来说是至关重要的数据。
另外，这个延迟发射也可成为是不幸中的万幸，因为在这次翻新中发现了EPIC制造中的缺陷，可能会杂散光漏进来而破坏对地球影像的获取。本次延迟可有足够的时间来研究和校正这个问题。Goddard的大气科学家Jay Herman说，“所以，在某种程度上，我很高兴它不是在14年前发射，因为那很可能是件令人尴尬的事儿。”
【注】拉格朗日点L1：一个小物体在两个大物体的引力作用下，可在空间一点相对于两大物体基本保持静止。这些点的存在由法国数学家拉格朗日于1772年在论文“三体问题”中推导证明的。在每个由两大天体构成的系统中，有5个拉格朗日点，但只有两个是稳定的，即小物体在该点即使受外力的扰动，仍有保持在原位置的倾向。在地球与太阳间围绕太阳旋转的一个小物体，距太阳越近，轨道周期就越短。但这忽略了地球的万有引力对其产生的拉力的影响，地球引力的存在，其实会减弱太阳对该物体的拉力，因此增加了这个物体的轨道周期。距地球越近，这种影响就越大。在L1点，物体的轨道周期恰好等于地球的轨道周期。如果在L1点放一颗卫星，就可以相对静止地一直从太阳光入射角度观察地球了。
参考资料
[1] 空间天气和地球观测的新哨兵DSCOVR
[2] 美国将发射深太空卫星监测太阳风暴
[3] Mothballed NASA craft to launch. Nature 517, 256–257 (15 January 2015)
[4] Deep Space Climate Observatory
转载本文请联系原作者获取授权，同时请注明本文来自赵斌科学网博客。
链接地址：https://wap.sciencenet.cn/blog-502444-861094.html?mobile=1
收藏
