“原始彗星”飞进太阳系内部时,我们会迅速将其拦截!

“原始彗星”飞进太阳系内部时,我们会迅速将其拦截!

彗星拦截器的概念 彗星拦截器已被选为ESA新的快速任务。它将是第一个造访真正原始的彗星或其他星际物体的航天器,这些天体才刚刚开启它们的内太阳系之旅。 版权:ESA 欧洲航空局(ESA)为其宇宙视觉计划(Cosmic Vision Programme)选中了一项新的“快速任务”,名为“彗星拦截器”(Comet Interceptor)。彗星拦截器含有三个航天器,将探访真正的“原始彗星”,或其他刚刚开启内太阳系(inner Solar System)旅程的星际物体,彗星拦截器将成为执行这种任务亘古未有的先锋。 彗星拦截器的目的地是一颗尚未被发现的彗星,当这颗彗星慢慢接近地球轨道时,彗星拦截器就会飞掠它注目已久的目标。它的三个航天器将同时在彗星周围的多个点进行观测,创建一个“动态新”物体的三维轮廓,其中包含了从太阳系形成之初时幸存下来的原始物质。 ESA的科学部主任金特•哈辛格(Günther Hasinger)说:“对我们来说,原始的或者全新动态的彗星是完全未知的,它们是近距离的航天器探索难以抗拒的绝佳目标,能让我们更好地了解彗星的多样性和演化过程。” “乔托行星际探测器(Giotto)和罗塞塔号探测器(Rosetta)完成巨大科学成就是无与伦比的,这两项任务是我们对彗星研究的遗产任务,但是现在,是时候继续这两项任务的成功,并着手去访问一颗全新的彗星,或者准备好迎接下一个类似‘奥陌陌’(‘Oumuamua)的星际天体。” 什么是快速任务? 彗星拦截器是一种“快速”(fast)或F级任务。“快速”是指执行的时间短,从任务选择到启动准备的总开发持续时间约为八年。F级任务的发射质量小于1000千克,将与中级任务共同搭载火箭升入太空,利用发射火箭中的额外空间,飞往太阳 – 地球第二拉格朗日点(Sun-Earth Lagrange point L2),L2在太阳和地球连线的外侧,距离地球150万千米。 第二拉格朗日点 L2的位置图示,显示出了L2与太阳间距离以及L2与地球间距离的比较。 图片版权:ESA 预计在2028年,彗星拦截器将会作为ESA的系外行星研究“大气遥感红外系外行星大型巡天”(Atmospheric Remote-Sensing Infrared Exoplanet Large-survey,ARIEL)航天器的“共同乘客”进行发射。两个任务都将被送往第二拉格朗日点,彗星拦截器则会在那里使用自己的推进系统继续旅行,飞掠所选的目标彗星。 [rml_read_more] 选择彗星拦截器这一任务的过程也很迅速。在2018年7月召开任务提报会上,空间科学团队一共提交了23个任务小组,随后其中的6个任务团队受邀提供更为详细的提案。其中,彗星拦截器被选入如今的科学计划委员会(Science Programme Committee),进入到更详细的任务定位阶段。 “我们非常感谢空间科学团队给出的出色建议,这些提报任务涵盖了各种各样新颖的主题,并且能在F级任务指导方针的限制范围内进行探索。”主任哈辛格说道。 “在我们制定宇宙科学探索的几十年未来计划时,这种创新的使命将在补充增益ESA的科学计划中发挥重要作用。 “我们也很高兴能坚持这一‘快速’任务的理念,在最初的提案征集之后的一年内,我们就选出了彗星拦截器。” 彗星拦截器创新何在? 彗星拦截器由三个航天器所组成,这种复合航天器将抵达第二拉格朗日点,伺机等待合适的目标,在此期间都是“集体行动”,直到发现了合适的目标,在采取拦截行动的前几周,三个航天器就会分头行动。每个模块都将配备一个互补的科学有效载荷,对彗星核、彗星气体、彗尘和等离子体环境进行不同视角的“多点”探测。这种“多点”测量将极大地改善我们对彗星的理解,彗星在运动的过程中一直在与不断变化的太阳风(solar wind)相互作用,而“多点”测量将提供分析原始彗星在这一过程中的动态性质所需的重要3D信息。 除此之外,彗星拦截器任务的仪器套件将从其他任务的“遗产”中挑选,包括目前仍在火星生命探测计划(Exobiology on Mars,ExoMars)中执行任务的微量气体轨道探测器(Trace Gas Orbiter)上的相机,以及尘埃、场和等离子仪器,还包括罗塞塔号探测器曾用过的那些质谱仪。 在此之前的彗星任务,包括ESA的航天器先驱乔托行星际探测器和罗塞塔号探测器,遇上的都是短周期彗星(short-period comet),即轨道周期不到200年的彗星,它们在相对较近的一段时间内沿着运行轨道多次靠近太阳,并因此发生了重大变化:罗塞塔号探测器的彗星编号为67P/丘留莫夫-格拉西缅科(67P / Churyumov-Gerasimenko,67P/C-G),每6年半就绕太阳运行一次;1986年,乔托行星际探测器和其他航天器访问了哈雷彗星(编号1P / Halley),每76年它就会重返我们地球的上空。 柯伊伯带(Kuiper Belt)和奥尔特云背景下的太阳系 图中显示了太阳系中两个主要的彗星所在区域:柯伊伯带,距离太阳30-50个天文单位(astronomical unit,AU:地球与太阳间的距离);奥尔特云,向外可能延伸到距离太阳50 000到100 000 个天文单位。哈雷彗星被认为起源于奥尔特云,而67P/丘留莫夫-格拉西缅科会醒是ESA罗塞塔号探测任务的焦点,来自柯伊伯带,这颗彗星现在处于绕太阳运行的轨道周期为6年半,近日点位于地球和火星的轨道之间,远日点则位于木星轨道的外侧。 版权:ESA 彗星拦截器与之前的任务不尽相同,因为它将首次瞄准一颗进入太阳系内部的彗星,这样的彗星可能来自被认为围绕太阳领域外围的、巨大的奥尔特云(Oort Cloud),此类彗星将包含自太阳和行星形成初期以来相对原始的物质和信息,而没有在历史的长河中参与过多次反应、发生过各种变化。因此,彗星拦截器任务将提供对彗星从太阳系外围向内迁移时所发生的变化的新见解。 奥陌陌的艺术构想图 自2017年被发现以来,对奥陌陌的观测结果表明,如果它仅受太阳和行星的引力影响,那么它的实际运动轨迹就略微偏离它理论上应该遵循的轨迹。研究人员认为,造成这一现象的原因是来自太阳的加热让奥陌陌从表面排出了一些气体物质。在这张艺术构想图中,即能看出这种“泄气”现象,有一层薄薄的云从奥陌陌面向太阳的一侧散出。在之前,奥陌陌一直被归类为小行星,但如果它真的会“泄气”,那就是典型的彗星。 版权:ESA/Hubble, NASA, ESO, M. Kornmesser 虽然更为罕见,但另一种潜在的探测目标则是来自另一个恒星系统的窜入星(interloper),例如著名的奥陌陌,曾在2017年以一种高度倾斜的运行轨道飞越过我们的太阳。研究星际物体将为我们提供更多机会,来探索类似彗星的天体在其他恒星系统中的形成和演化。 在过去,我们只能在“新的”彗星以最近距离飞越太阳的前几个月到几年的时间里发现它们,而几个月到几年的时间对于规划、建造和发射太空任务来说实在太短,更别提还得在彗星渐渐远离太阳飞往其他星体之前追上它。 地面测量最近有了新进展,这意味着我们可以扫描更深处的天空,并且可以提供更长时间的发现通知。全景巡天望远镜和快速反应系统(Panoramic Survey Telescope And Rapid Response System,Pan-STARRS,简称泛星计划)是现在最具增殖性的彗星发现机器,每年有超过一半的新彗星都是被被泛星计划调查发现的。目前正在智利建造的大口径全天巡视望远镜(Large Synoptic Survey Telescope,LSST)也将大大增加新彗星的种类和数量。 任何情况下,在任务的准备阶段都不需要知道彗星拦截器切切实实的目的地;我们可以提前准备好航天器,并让它太空中等待合适的目标彗星;我们有望在发射后的五年内完成彗星拦截器任务。 参考: https://www.esa.int/Our_Activities/Space_Science/ESA_s_new_mission_to_intercept_a_comet

NASA帮助预警湖泊、水库中 有害藻类爆发

NASA帮助预警湖泊、水库中 有害藻类爆发

关注淡水:通过预测旱灾和洪水,跟踪藻类的爆发,美国国家航空航天局(NASA)对全球淡水的研究发现及观点帮助人们更好地管理水资源。 版权:NASA /Katy Mersmann 有害藻类爆发会给美国沿海地区和湖泊带来严重问题。当含有毒素的水生生物繁殖并形成藻华时,会使人和宠物生病,污染饮用水,并迫使划船和游泳场所关闭。 由于监测资源有限,且藻华通常难以预测,水资源管理者正转向NASA及其合作伙伴开发的新技术,以查明并跟踪潜在的危害。这对于用于娱乐和保障饮用水来源的湖泊和水库尤为重要。 美国国家环境保护局(EPA)为安卓(Android)移动设备开发的一款新应用程序将根据卫星观测到的水体颜色的具体变化,在可能形成有害藻华的时候向官员和公众发出警报。该应用程序是多机构蓝藻评估网络(CyAN)的产品,目前已经可以在谷歌应用市场(Google play)下载。 NASA戈达德太空飞行中心CyAN负责人Jeremy Werdell表示:“我们的想法是使用遥感作为一个空中之眼,通过早期预警系统获得有害蓝藻在美国内陆湖泊的照片。” EPA,美国地质勘探局(USGS)和美国国家海洋和大气管理局(NOAA)也参与了相关工作。 Werdell说:“资源是有限的,不可能实现使地面上的每个人一直监测所有的内陆水体。卫星为帮助告知人们应如何以及在何时花费资源去收集水样提供了工具。” 从1978年开始,NASA就一直在太空中研究水质,利用海岸带水色扫描仪(Coastal Zone Color Scanner)通过海洋的颜色来研究浮游植物种群。后来的仪器,例如NASA的Terra和Aqua卫星上搭载的中分辨率成像光谱仪(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer)等,分辨率较高,足以分辨较大的内陆湖泊和水库,因此科学家们开始利用这些仪器采集的数据来探测淡水中蓝藻的特征。 由于用于监测有害藻华的资源有限,水资源管理人员正在寻求NASA其合作伙伴的新技术,以查明并监测湖泊和水库中的潜在危害。 版权:NASA/凯蒂•杰普森(Katie Jepson) [rml_read_more] 蓝藻天然出现在于许多水体中,从五大湖到附近的小池塘。少数情况下,这些藻类不会造成什么问题。但是在适当的条件(温暖的水,阳光,加上经常冲刷农田的营养物质)下,蓝藻可以繁殖并形成潜在的有毒藻华。 虽然单个藻类是微观的,但从太空中可以看到藻华。由于蓝藻的主要光合色素,大量的蓝藻能够以大片的绿色出现。它们的存在也可以通过荧光检测出来,这种荧光是藻类暴露在阳光下时释放出来的。利用藻华的独特特性,NASA/USGS Landsat卫星上的仪器、欧洲航天局哥白尼Senteinel-2号和哥白尼Sentinel-3号卫星,以及其他几颗卫星,都能够精确定位藻类的存在。 位于美国马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心的研究员布丽姬特•西格斯(Bridget Seegers)表示,作为CyAN项目的一部分,根据已经开发的计算机程序对Sentinel-3号卫星观测结果进行运算,NASA超级计算机每周都会对全美2000多个湖泊的颜色和其他水质信息生成报告。 新CyAN应用程序的用户可以用大头针来标记一个特定的湖泊 – 如果湖泊没有藻华,大头针就会显示为绿色;如果存在藻类,但低于一定的关注阈值,大头针就会显示为黄色;若大头针显示为红色,则表明可能存在藻华。Seegers说,新CyAN应用程序不仅是为水质管理人员设计的,还是为那些把独木舟放在汽车上并讨论去哪里的人设计的,也是为那些对划独木舟的最佳湖泊提供建议的运动用品指导人设计的。 EPA的研究生态学家、CyAN项目负责人布莱克•谢弗(Blake Schaeffer)表示,CyAN计划始于2015年,一直在与州和地方机构合作,以识别潜在的有害藻华。 他说,EPA区域和水办公室的水质管理人员与CyAN合作,对应用程序和卫星数据进行测试和评估,此外,公民科学家团体、部落团体和公众也对这些数据表现出了兴趣。 Schaeffer说:“我们正在把卫星信息的力量直接交到人民手中。他们不需要挖掘数据;他们倾向于选择被推送给自己的数据。” 然而,该计划确实有局限性。卫星无法穿透云层,而且由于Sentinel-3A的分辨率需要当湖泊的宽度略大于半英里(900米)时,才能获得最高质量的数据。 为了观察更小的湖泊和水库,Schaeffer和其他人正在转向陆地卫星。陆地卫星由于云层问题(以及不那么频繁的重访),对于一个特定区域,科学家们每一个月才能得到一个清晰的测量结果。但由于陆地卫星具有更高的空间分辨率,可以从美国60%以上的湖泊和水库,也就是17万多个水体中追踪水质信息。 来自陆地卫星8号的数据可以用来检测高浓度的叶绿素a(在这幅威斯康辛州的图片中以深绿色显示),这可以对水资源管理者提供潜在的有害藻华预警。 版权:NASA地球观测站/ Joshua Stevens 陆地卫星与哨兵3号(Sentinel-3)卫星相辅相成;陆地卫星具有更高的空间分辨率,而Sentinel-3则更频繁地在单个地点收集数据,并探测更适合蓝藻的波长。此外,陆地卫星有热传感器,可以用来监测湖泊的表面温度,这非常有用,因为正是温度升高促进了藻华的生长。Schaeffer正在研究如何将这个额外的因素添加到监控程序中。 戈达德的研究人员、陆地卫星科学小组成员尼玛•帕勒万(Nima Pahlevan)说,我们的最终目标是利用哨兵2号(Sentinel-2)、陆地卫星和其他卫星等多种来源的数据以及收集到的有关水的信息,建立一个水质监测系统。 Pahlevan和他的团队正在研究如何最好地利用陆地卫星和哨兵卫星收集到的数据来识别湖泊、河流、水库和其他存在过量藻类的水体。陆地卫星的任务从20世纪70年代末就开始了,因此研究人员和水资源管理人员可以追踪特定湖泊的历史,以确定每个湖泊,可能甚至是湖泊图像中的单个像素,是否发生了变化,以及这是否预示着藻华。 Pahlevan说:“我们希望利用这些准实时拍摄的图像,能够在短到3至4小时的时间内建立一个针对每个湖泊或水库发出特定警告的系统。” 该研究团队面临的一个挑战是,没有多少不同湖泊的水测量数据可以与卫星报告的数据进行比较和验证。在陆地卫星项目科学办公室的支持下,Pahlevan和其合作者在威斯康辛州的格林湾、佛罗里达州的奥基乔比湖和加利福尼亚州的灰熊湾放置了三种仪器来对水进行测量,并与陆地卫星和其他卫星的测量结果进行比较。 有了这些实地数据,今年夏天的工作包括使用陆地卫星和Sentinel-2对一小部分湖泊进行追踪,Pahlevan希望建立这个项目并在2020年夏天之前将其扩展到一个涵盖更多地点的操作系统。 对于像唐阿丽娅•丁斯莫尔(Donalea Dinsmore)这样在威斯康辛州自然资源部(DNR)工作的人来说,在该州控制有害藻华发生的一系列方法之外,补充更多的卫星监测工具将受到欢迎。她说,DNR每年夏天都会收到关于漂浮在湖面上的绿色污物是否有害的问题,或者关于狗在湖中游泳或饮水后患病的报告。威斯康辛州的DNR有工作人员监控该州数千个湖泊中的许多湖泊,但他们无法监控到所有地方。 Dinsmore说:“有15000个湖泊,你能做到访问全部湖泊吗?而且取决于你什么时候去,也可能会错过藻华。如果盲目实施,这将是一个非常复杂且昂贵的监测项目。” 来源: https://www.nasa.gov/feature/goddard/2019/nasa-helps-warn-of-harmful-algal-blooms-clouding-lakes-reservoirs

陨石中发现的氰化物有望为生命起源提供线索

陨石中发现的氰化物有望为生命起源提供线索

氰化物和一氧化碳对人类来说均为致命毒药,但也可能为生命起源提供线索。美国博伊西州立大学和美国国家航空航天局(NASA)的一组科学家在高碳陨石中发现含有铁、氰化物和一氧化碳的化合物,这些化合物可能为早期地球上的生命提供了动力。陨石中发现的地外化合物与氢化酶的活性位点相似,氢化酶是通过分解氢气 (H2)为细菌和古生菌提供能量的酶。他们的研究结果表明,这些化合物也存在于生命还未诞生前的早期地球上,当时地球不断受到陨石的撞击,大气中可能含有更多的氢。 画家笔下关于流星撞击古老地球的概念图。一些科学家认为,这些撞击可能带来了水和其他对地球上生命诞生有用的分子。 版权:NASA戈达德太空飞行中心概念图像实验室 位于美国爱达荷州博伊西市的博伊西州立大学的资深研究员凯伦•史密斯(Karen Smith)博士解释道:“当大多数人想到氰化物时,他们脑海中浮现的是间谍电影的场景:一个人将药丸吞下,口吐白沫奄奄一息,但氰化物也可能是构成生命所需分子必不可少的化合物。”氰化物是指带有氰基(CN)的化合物,其结构由一个碳原子和一个氮原子通过叁键相连接。氰化物被认为对于生命起源而言至关重要,因为它参与了生成氨基酸和碱基等有机化合物的非生物合成,而这正是所有已知生命形式都使用的蛋白质和核酸的组成部分。 Smith在6月25日的《自然通讯》杂志上发表了一篇关于这项研究的论文。Smith和该论文的共同作者,美国博伊西州立大学的助理教授迈克•卡拉汉(Mike Callahan),共同研发了新的分析方法来提取并测量陨石中古代氰化物的痕迹。他们发现这些含有氰化物的陨石均属于一组被称为CM型碳质球粒陨石的高碳陨石。经测试发现包括火星陨石在内的其他类型陨石,均不含氰化物。 [rml_read_more] 论文的另一位共同作者,位于美国马里兰州格林贝尔特市的NASA戈达德太空飞行中心的杰森•德沃金(Jason Dworkin)说:“根据NASA的奥西里斯-雷克斯(OSIRIS-REx)航天器收集的数据表明,氰化物与CM型碳质球粒陨石有关。OSIRIS-REx航天器将于2023年从小行星贝努(Bennu)携带样本返回地球用于研究。我们将从这些样品中寻找氰化物,努力寻找小行星Bennu与已知的陨石之间的联系,并试图了解氰化物等前生物化合物的潜在传递途径,这些化合物可能有助于在早期地球或太阳系其他天体上萌发生命。” 此前也曾在陨石中发现氰化物。然而,在这项新研究中,Smith和Callahan惊讶地发现氰化物和一氧化碳(CO)形成配体后与铁离子结合,在陨石中形成稳定的化合物。他们用高分辨率液相色谱-质谱联用技术在陨石中鉴别出两种不同的氰基-羰基铁络合物。Callahan表示:“我们研究中最有趣的发现之一是,这些氰基-羰基铁络合物与氢化酶活性位点的某些部分相似,而氢化酶活性位点的结构非常独特。” 陨石中含有金属有机化合物,类似于在细菌和古生菌中发现的酶的其中一部分。CN表示氰化物,CO表示一氧化碳,Fe表示铁,Ni表示镍。 来源:Smith et al. Nature Communications, 2019 氢化酶存在于几乎所有的现代细菌和古生菌中,人们普遍认为氢化酶起源于古代。根据Callahan表示,氢化酶是一种大型蛋白质,但其活性部位(发生化学反应的区域)恰好是蛋白质中含有的一种小得多的金属有机化合物。正是这种化合物与研究小组在陨石中发现的氰化物类似。 关于生命起源的一个永恒的谜团是,生物学是如何从非生物化学过程中产生的。氢化酶活性位点和研究小组在陨石中发现的氰化物之间的相似性表明,陨石母体小行星和远古地球的非生物过程中的分子可能对生命诞生有所帮助。 Smith 补充道:“附着在金属上的氰化物和一氧化碳在酶中不仅不寻常,而且异常罕见。但氢化酶是个例外。当你比较陨石中这些氰基-羰基铁络合物和氢化酶活性位点的结构时,你会疑惑这两者之间到底是否有所关联。氰基-羰基铁络合物有可能是这些活性位点的前体,并在数十亿年前被整合纳入至蛋白质中。这些络合物也可能也是早期地球上氰化物的来源。” 这项研究由NASA“新兴世界”计划、NASA天体生物学研究所和NASA地球与空间科学奖学金共同资助。研究团队包括Smith, Callahan和美国宾夕法尼亚州立大学、美国马里兰大学以及NASA戈达德太空飞行中心的同事们。NASA戈达德为OSIRIS-REx航天器(全称:起源、光谱解析、资源标识、安全风化层探索者)提供全面的任务管理、系统工程以及安全和任务保障。美国亚利桑那大学的丹蒂•洛雷塔(Dante Lauretta)是该项目的首席研究员。航天器制造由位于丹佛的洛克希德•马丁太空系统公司负责。OSIRIS-REx是NASA“新前沿”计划的第三个任务。NASA位于美国阿拉巴马州亨茨维尔的马歇尔太空飞行中心负责管理NASA在华盛顿的科学任务理事会的“新前沿”计划。NASA利用其强大的太空舰队和地面任务,对太阳系和太阳系以外的太空进行探索,探索世界、恒星和宇宙奥秘。 来源: https://www.nasa.gov/press-release/goddard/2019/cyanide-in-meteorites

NASA挑选了两项新任务,研究太阳风和空间天气及其对地球的影响

NASA挑选了两项新任务,研究太阳风和空间天气及其对地球的影响

这幅艺术渲染图描绘了来自太阳的物质和粒子源源不断地流向太阳系之外。在2019年6月20日,NASA挑选出了两个新的任务来研究这种太阳风的起源和对地球的影响,这两个新任务分别是:统一日冕和日光层偏光计(PUNCH)任务,以及串联重联和尖点电动力学勘测卫星(TRACERS)。这两项任务将共同为NASA的宗旨提供支持,保护宇航员和研究技术在太空之中免受这种辐射的负面影响。 版权:NASA 美国航空航天局(NASA)已经挑选出了两项新任务,让我们对太阳及其对太空的动态影响有一个更深层次的理解。其中一个任务将研究太阳是如何驱动粒子和能量进入到太阳系之中的;第二个将研究这些粒子和能量给地球带来的影响。 太阳无时无刻不在产生大量喷涌的太阳粒子,一般以超声速等离子体带电粒子流的形式喷射进入太阳系,被称为太阳风(solar wind);这些高能粒子会在太空中形成一个动态的辐射系统,称为空间天气(space weather)。当这些粒子抵达地球附近时,它们就会与我们地球的磁场相互作用,这一空间天气系统则可能会对人类的利益产生深远的影响,例如宇航员的安全、无线电通信、GPS信号以及地面上的公用电网。如果我们能了解更多驱动太空天气及其与地球-月球系统相互作用的因素,我们就能在更大程度上减轻它的影响,包括保障宇航员的安全,以及保护与NASA的阿尔忒弥斯月球计划(Acceleration, Reconnection, Turbulence and Electrodynamics of the Moon’s Interaction with the Sun,Artemis)相关的至关重要的技术。 “我们精心挑选了这两个任务,不仅仅是因为它们本身可执行的科学研究级别较高,更是因为这两项任务将与其他太阳物理学航天器良好地协同合作,共同推进NASA的重要使命,即给宇航员、太空技术和存活在地球上的所有生命提控安全保障。”位于华盛顿NASA总部的科学任务理事会(Science Mission Directorate)副主任托马斯•齐布亨(Thomas Zurbuchen)说道,“这些任务将进行大科学(big science)研究,但它们也因装载体积较小而非常特殊,小体积意味着我们可以将它们捆绑发射,让单次的火箭发射价格可以进行更多的研究。” PUNCH 统一日冕和日球层偏光计(Polarimeter to Unify the Corona and Heliosphere,PUNCH)任务将直接研究太阳的外部大气层、日冕(corona)以及太阳风是如何产生的。PUNCH由四个手提箱大小的卫星组成,可以在太阳风离开太阳时对其进行成像和跟踪。该航天任务还将追踪日冕物质抛射(coronal mass ejection,CME),让我们更好地了解它们的演化,并开发出预测此类物质爆发的新技术。CME是一种大规模的太阳物质喷发,可以驱动地球附近的大型空间天气事件。 在NASA三个观测站的共同努力下,科学家在2012年7月跟踪到了大规模日冕物质抛射(CME)。 版权:NASA/SDO/STEREO/ESA/SOHO/Wiessinger 这些观测将加强NASA其他任务中的国家性质和国际性质研究,如帕克太阳探测器(Parker Solar Probe),以及即将于2020年发射的欧洲空间局(European Space Agency,ESA)/ NASA太阳轨道飞行器(Solar Orbiter)。通过阻挡来自太阳的明亮光线、检测极为微弱的大气环境,这些任务将会触及太阳大气中的相关结构,而PUNCH将能够对这些结构进行实时成像。 我们的生活所依赖的这颗恒星,究竟是如何驱动辐射涌进太空的呢?上述的这些任务将共同探讨这个问题。PUNCH任务由科罗拉多州博尔德市西南研究所(Southwest Research institute)的克雷格•迪弗利斯(Craig DeForest)主导进行;包括发射成本在内,PUNCH的任务资金不超过1.65亿美元。 TRACERS 另一项任务是串联重联和尖点电动力学勘测卫星(Tandem Reconnection and Cusp Electrodynamics Reconnaissance Satellites,TRACERS)。TRACERS调查被部分选为由NASA发射的搭乘任务(rideshare mission),这意味着它将作为PUNCH的二级有效载荷来发射。NASA的科学任务理事会正在强调二级有效载荷任务的重要意义,以便用较低的发射成本获取更大的科学研究回报。TRACERS将观测地球北部磁层极尖区(magnetic cusp region)的粒子和磁场,磁层极尖区指的是环绕地球极点的区域,我们星球上的磁场线在该区域会弯向地球。在这里,磁场线会将粒子由地球磁场和行星际空间(interplanetary space)之间的边界向下引导到地球大气中。 在磁层极尖区,TRACERS可以轻松抵达我们与行星际空间的边界,研究地球周围的磁场与太阳的磁场是如何相互作用的。在一种被称为磁重联(magnetic reconnection)的过程中,磁场线会爆炸性地重新配置,以接近光速的速度向星球之外发射粒子。这些粒子中的其中一部分将会受到地球重力的作用,进入到能被TRACERS观测到的区域。 这段可视化视频显示了磁重联区域的倾斜视图。青色的线条表示磁场方向;颜色轨迹表示在场中移动的电子;粒子轨迹的颜色表示粒子的无量纲速度,蓝色表示慢速,红色表示快速。 版权:NASA 磁重联驱动着整个宇宙活跃的事件,包括太阳上的日冕物质抛射和太阳耀斑(solar flare)。磁重联还会导致来自太阳风的粒子进入近地空间,从而驱动近地空间产生空间天气。TRACERS将是第一个利用两个航天器在磁层极尖区探索这一过程的太空探索任务,观测磁重联在空间和时间上的变化;在磁层极尖区这一有利位置上,TRACERS还能够同时观察整个近地空间的磁重联。因此,TRACERS可以为NASA的磁层多尺度任务(Magnetospheric Multiscale mission,MMS)提供重要的背景资料。磁层多尺度任务是由4个相同航天器组成的探测系统,分析研究磁重联现象,并对磁层边界区域进行三维测量,在单次磁重联事件中收集详细的高速观测资料,旨在验证当前主流理论:磁场是如何重新连接的,以及连接的过程是怎样的。 TRACERS独特的测量将有助于NASA保护我们在太空中的技术和宇航员安全,该任务由爱荷华州爱荷华大学(University of Iowa)的克雷格•克莱辛(Craig Kletzing)主导执行。不包括“搭乘”费用,TRACERS的任务资金不超过1.15亿美元。 这两个任务的发布日期将不晚于2022年8月,两个项目都将由NASA位于马里兰州格林贝尔特市戈达德航天飞行中心(Goddard Space Flight Center)的探索者项目办公室(Explorers Program Office)管理。探索者计划(Explorers Program)是NASA历史最为悠久的持续性计划,旨在为NASA科学任务理事会天体物理学和太阳物理学相关主要研究者主导的空间科学研究,提供高频次、低成本的太空访问。该计划由戈达德航天飞行中心为科学任务理事会管理,科学任务理事会为地球研究、空间天气、太阳系和宇宙进行各种研究和科学探索计划。 参考: [1]https://www.nasa.gov/press-release/nasa-selects-missions-to-study-our-sun-its-effects-on-space-weather [2]https://svs.gsfc.nasa.gov/11558 [3]https://svs.gsfc.nasa.gov/4568

在多雪地区寻找淡水

在多雪地区寻找淡水

在这张由航天飞机用手持70毫米相机拍摄的70毫米画面中,雪覆盖在喜马拉雅山脉的山脊线上。 版权:NASA,由Elizabeth Goldbaum拍摄。 关注淡水:通过预测旱灾和洪水,跟踪藻类的爆发,NASA对全球淡水的研究发现及观点帮助人们更好地管理水资源。 版权:NASA/ Katy Mersmann 覆盖在山脉上或堆积于树冠下的雪花是全世界超过10亿人口的重要淡水资源。为了帮助确定雪中储存了多少淡水,NASA资助的研究小组正在开发一种基于计算机的工具,对从太空中识别雪并测量其含水量的最佳方法进行模拟。 该项目的首席研究员,马里兰大学帕克分校的教授巴特•福尔曼(Bart Forman)表示,雪的含水量,或雪水当量(SWE)是“许多水文学家的努力追求的目标”。当雪融化时,随后产生的水洼即其SWE。 在美国西部各州,雪是饮用水的主要来源,雪水是水力发电和农业灌溉的主要来源。 降雪模式的一些变化是气候变化的指标。例如,温度升高导致水以雨的形式而不是雪的形式降落。结果,一些山脉不能像过去那样以积雪的形式蓄水,这意味着雨水将淹没河流,洪水将更加猛烈。当汛期结束后,干旱会更加严重。 Forman的新方法效仿了NASA通过卫星、飞机和实地调研队SWE进行研究的努力的成果。中分辨率成像光谱仪(Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer, MODIS)是搭载于两颗卫星上的仪器,用于获取地球的日常图像。MODIS可以识别被雪覆盖的陆地和湖泊、大河上的冰。全球降水测量(Global Precipitation Measurement, GPM)任务由一系列国际卫星组成,可以每两到三个小时观测一次全球降水和降雪情况。 除了基于太空的观测,NASA还在离地球更近的地方开展了一个名为SnowEX的项目。该项目为期五年,包括空中观测和随后的实地考察,通过实地考察可以揭示卫星没有观测到的新内容。SnowEX使研究人员能够对复杂地形进行调查,这些地形很难从太空表征。项目明年冬天的活动将与空中雪域观测(Airborne Snow Observatory)任务合作,该任务队旨在测量积雪深度和雪的特征。 [rml_read_more] 雪以及雪水的重要性 位于马里兰州格林贝尔特的NASA戈达德太空飞行中心的研究员爱德华•金(Edward Kim)表示:我们希望有一张全球范围内的SWE地图。然而,没有任何一种技术可以对全球范围的SWE进行测量,因为雪的特性根据其落地点的不同而有所区别。森林为积雪遮蔽了阳光,因此森林里的积雪通常都比较厚;但落在苔原和草原上的积雪暴露在风和较高温度下,因此形成一层较浅的积雪。 Kim说,雪在落地时形状会发生改变,并在其降落的地方继续变化。雪的形状决定了能被哪个传感器观测到,这给估计SWE增加了额外一层的复杂性。 Forman和其团队研发的新工具将确定最有效的基于卫星的传感器组合,以产生最多的数据。Kim说:“该工具将向我们展示如何对组合传感器做出明智的选择”。 不同传感器的故事 该工具将对三种不同类型的地球轨道传感器进行评估,分别是:雷达,辐射计和激光雷达。 研究小组对现有传感器的雷达和辐射计信息进行了研究,如高级微波扫描辐射计2(Advanced Microwave Scanning Radiometer 2, AMSR2)。该传感器是由日本宇宙航空研究开发机构(JAXA)牵头的合作伙伴推出,用于捕捉地球表面和大气中的微波辐射。它旨在识别积雪、海面温度、土壤湿度和其他对了解地球气候至关重要的因素。 为了进行雷达观测,研究小组收集了欧洲航天局(European Space Agency, ESA)哥白尼计划哨兵-1A和1B卫星的数据,这两颗卫星用于监测陆地和海洋表面。 除了包含目前正在从太空监测雪的雷达和辐射计传感器外,研发的新工具也对激光雷达进行模拟;激光雷达已经登上飞机测量特定地区的积雪。例如,SnowEx项目和NASA空中雪域观测任务利用激光雷达来确定积雪深度和SWE。Forman表示:“我们可以帮助探索这个问题,如果我们在太空中有一个聚焦雪的观测卫星会怎样?” 从西南方向俯瞰堪察加半岛。中部的火山群是是活火山,包括Klutchevskaya火山群,其山顶达到15580英尺。 版权:NASA 超级计算机和卫星 Forman说:“为了做到这一切,必须使用超级计算机。”具体来说,戈达德中心的Discover超级计算机和马里兰大学的Deepthought t2高性能计算集群。 一旦来自不同传感器的数据进入模拟器,研究团队就能够进行在不同情境设置下的实验,例如将一颗卫星送入不同的轨道,或者让一颗卫星分别以宽窄宽幅观测地球。Forman表示,通过这套实验,他们可以对特定组合对照基准情景的表现进行比较。 Forman表示,一般来说,随着更多的卫星进入轨道,科学家们将获得更高质量的数据。然而,他说:“我们可以问,如果我们再增加一个辐射计,边际收益会是多少?” 新的雪感模拟器将有助于建立一个基于太空的雪观测策略,以更好地了解这一重要的淡水资源。福尔曼说:“该模拟器将被用于继续询问接下来会发生什么以及我们应该如何在20年或更长时间内进行规划的问题。” 这种新的雪模拟器由NASA地球科学技术办公室资助。 来源: https://www.nasa.gov/feature/goddard/2019/looking-for-freshwater-in-all-the-snowy-places/

NASA科学家发现埋藏于月球地壳中的太阳历史

NASA科学家发现埋藏于月球地壳中的太阳历史

概要: 太阳在最初10亿年的自转速度是未知的。 然而,这种自转速度影响了太阳爆发,从而影响生命的进化。 美国国家航空航天局(NASA)的一组科学家认为,他们已经通过月球作为关键证据,弄明白了这其中的奥秘。 NASA的太阳动力学观测站(SDO)于2014年10月2日,拍摄到了这张太阳耀斑的照片。图片中,太阳右半部分发出的明亮闪光即太阳耀斑。在它的正下方可以看到一股太阳物质爆发到太空中。 版权:NASA/ SDO 太阳是我们(人类)在此存在的原因,同样也是为什么没有火星人或金星人存在的原因。 40亿年前,当太阳还是一个“婴儿”的时候,经历了剧烈的强辐射爆发,大量高能粒子喷发,被抛入太空散落至整个太阳系中。这些太阳演化期间的爆发事件引发了地球上的化学反应,使地球保持温暖和湿润,从而为早期地球播下了生命的种子。然而,这些剧烈的太阳活动也可能通过剥夺其大气层和吞噬其营养物质,阻止了其他星球上生命的出现。 这些原始爆发对其他星球的破坏程度将取决于太阳早期的的自转速度。太阳自转速度越快,破坏星球宜居性的速度越快。 然而,位于马里兰州格林贝尔特市的NASA戈达德太空飞行中心的天体物理学家Prabal Saxena表示,太阳历史中的这一关键阶段一直在困扰着科学家们。Saxena主要研究太空天气、太阳活动的变化以及太空中其他辐射条件与行星和卫星表面的相互作用。 现在,他和其他科学家正在致力于将NASA于2024年之前把宇航员送到月球的计划变成现实。月球上蕴藏着太阳古老的秘密,这对理解生命的形成至关重要。 Saxena说:“我们不知道太阳在最初10亿年的样子,这极其重要,因为它很可能改变了金星大气的演化方式及其水分流失的速度。除此之外,也可能改变了火星大气流失的速度,并改变了地球的大气化学成分。” 太阳和月亮之间的联系 横幅图片:通过NASA太阳动力学观测站拍摄的太阳图片而制作的gif动图。该观测站每周7天24小时全天候对太阳进行。该图显示的是太阳在极强的紫外线(171埃)下的景象。 版权:NASA Saxena陷入了调查早期太阳自转的谜团,同时沉思着一个看似无关的问题:为什么月球的构成物质和地球的构成物质基本相同,月球风化层和土壤中钾和钠含量却明显低于地球土壤? 通过对阿波罗时代从月球带回的样本以及在地球上发现的月球陨石进行分析,科学家们也发现了这个问题。该疑问困扰了科学家们几十年,也对关于月球形成的主要理论带来了挑战。 这是一张关于阿波罗16号采回的月球样本(编号68815)的特写镜头。该样本是一块从约四英尺高、五英尺长的母岩上脱落下来的碎片。 版权:NASA / 约翰逊航天中心 (Johnson Space Center , JSC) [rml_read_more] 理论上,我们的天然卫星是在大约45亿年前,一个火星大小的天体撞击地球时形成的。巨大的撞击力量使大量物质喷涌到地球轨道上,这些撞击碎片逐渐聚在一起形成,形成了月球。 NASA戈达德太空飞行中心的行星科学家罗斯玛丽•基伦(Rosemary Killen)说:“地球和月球可能是由相似的物质构成的,因此问题在于,为什么月球会将这些元素耗尽?” Saxena和Killen这两位科学家怀疑,其中一个大疑问对另一个疑问带来了启发 – 即太阳的历史埋藏于月球的地壳里。 Killen此前的研究为该小组的调查奠定了基础。2012年,她协助模拟了太阳活动对钠、钾元素含量的影响。这些元素要么被运送至月球表面,要么被从太阳射出的带电粒子流(即大家熟知的太阳风)从太阳上抛出,或者通过强烈的喷发(被称为日冕物质抛射)的方式被从太阳抛射出来。 Saxena将恒星自转速度与其耀斑活动之间的数学关系纳入其中。这个想法来自于此前科学家们的发现。根据NASA开普勒太空望远镜观测的数千颗恒星的活动规律,科学家发现:恒星旋转得越快,其耀斑喷射就越猛烈。Saxena说:“当你了解其他恒星和行星时,尤其是像太阳这样的恒星,你就会开始对太阳是如何随着时间不断演化,有一个更全局性的了解。” Saxena, Killen和同事们均认为,通过使用复杂的计算机模型,或许可以最终解开这两个谜题。他们在5月3日出版的《天体物理学杂志通讯》(The Astrophysical Journal Letters)上发布了他们的计算机模拟结果。根据模拟结果显示,早期的太阳自转速度慢于50%的新生恒星。根据他们的估计,在最初的10亿年里,太阳至少需要9到10天才能完成一次自转。 他们通过模拟在不同的恒星旋转速度(慢速,中速和快速)下,太阳系的演化情况来确定这一点。他们发现,只有在一种情况中,即以慢速进行旋转的恒星,才能够向月球表面喷射适量的带电粒子,并随着时间的推移,将足够的钠和钾元素喷入太空中,留下我们如今在月球岩石中发现的钠、钾元素含量。 Saxena说:“太空天气可能是影响太阳系所有行星进化的主要因素之一,因此任何关于行星宜居性的研究都需要将该因素纳入考虑。” 阳光下的生命 早期太阳的自转速度是地球上生命存在的部分原因。但对于金星和火星,这两颗与地球相似的固态行星,却可能恰恰防止了星球上生命的出现。(水星,这颗离太阳最近的固态行星,从来没有孕育生命的机会。) 地球的大气层曾经与如今由氮气和氧气为主要成分的大气层截然不同。46亿年前,地球形成时,地球表面包裹着一层薄薄的气体,主要成分是氢和氦。但是由于“青年时期”的太阳爆发活动,这层薄雾在2亿年间被驱散了。 随着地球地壳的凝固,火山逐渐喷发产生了新的大气层,空气中充满二氧化碳、水和氮气。在接下来的10亿年里,最早的细菌生命体消耗二氧化碳,同时,向大气中释放甲烷和氧气。地球也逐渐形成了磁场,这有助于保护它免受太阳的辐射,使大气转变成如今富含氧和氮的空气,可供我们呼吸。 NASA戈达德太空飞行中心的资深日光物理学家和天体生物学家罗弗拉基米尔•埃拉佩提安(Vladimir Airapetian)说:“我们很幸运,地球的大气层挺过了那段可怕的时期。”Airapetian主要研究太空天气如何影响类地行星的宜居性,他与Saxena和Killen一起进行了早期的太阳研究。 关于早期地球的一种艺术构思,表现地表受到巨大冲击,导致深层岩浆挤压到地表。 版权:西蒙•马奇(Simone Marchi) 如果太阳是一个快速旋转体,它会爆发出比任何历史记录都强烈10倍的超级耀斑,而且每天至少爆发10次。即使是地球磁场,也不足以保护地球免受其害。太阳爆发会破坏大气,降低大气压力,直到地球无法保留液态水。Saxena说:“当时的环境可能要比想象的恶劣得多。” 但是太阳以对地球而言比较理想的速度旋转,使地球在早期的恒星下蓬勃发展。金星和火星就没那么幸运了。金星曾经被海水覆盖,有宜居的可能性。但是由于许多因素,包括太阳活动和行星缺乏内部产生的磁场,金星失去了氢,而氢正是水的一个关键组成成分。其结果是,金星上的海洋在最初的6亿年里(根据估算)就蒸发了。金星大气层由于二氧化碳变得愈发厚重,二氧化碳一种更难被吹走的重分子。这些影响导致了发展迅猛的温室效应,使金星保持在炙热的864华氏度(462摄氏度),这对生命来说实在是过于炎热。 火星,由于比地球更加远离太阳,看上去似乎会更加安全,不会受到恒星爆发的影响。然而,它比地球受到的保护其实还要少。部分原因是由于这颗红色行星的弱磁场和低重力,使得早期的太阳能够逐渐吹走火星上的空气和水分。大约37亿年前,火星的大气层变得非常稀薄,液态水很快就被蒸发到太空中。(火星仍然存在水,被冻结在极地冰盖和土壤中。) 在影响了内行星上的生命进程(或缺乏生命)之后,衰老的太阳逐渐放慢了脚步,并持续放慢旋转速度。如今,太阳每27天自转一周,比刚诞生时慢了三倍。较慢的自转速度使太阳变得不那么活跃,尽管偶尔仍有猛烈的爆发。 探索月球,见证太阳系的演化 Saxena表示,要了解早期的太阳,只需要看看月球,它是年轻太阳系中保存最完好的文物之一。 他说:“月球终将成为一个非常有用的太阳系历史校准器以及了解过去的窗口,原因在于,它没有恼人的大气层,也没有板块构造重新浮出地壳。因此,你可以说,’嘿,如果太阳粒子或其他什么东西击中了月球,月球的土壤应该能留下证据证。’” 利用NASA月球勘测轨道飞行器拍摄的图像,对月球永久阴影区(Permanently Shadowed Regions)或称为PSRs,进行可视化。PSRs是月球上数百万年甚至数十亿年间都没有太阳光照射的区域。虽然地球的地轴倾斜度使阳光落能够在地球表面的任何地方,即使是在两极,至少在一年的部分时间里也能受到阳光照射;月球的倾斜度却非常小,只有1.6度,不足以让阳光照射进入月球南北两极附近的一些深坑。因此PSRs是太阳系中最冷、最黑暗的地方之一。 版权:NASA Goddard/厄尼•赖特(Ernie Wright) 阿波罗号带回的月球样本和地球上发现的月球陨石是探索早期太阳系的一个很好的起点,但它们只是一个巨大而神秘的谜团中的冰山一角。这些月球样本来自月球赤道附近的一小块区域,科学家们无法完全确定这些陨石到底来自月球的哪个地方,因此很难将它们置于具体的地质环境中进行分析。 由于月球南极是永久阴影环形山的家园,我们希望能够在那里找到月球上保存最完好的物质,包括冰冻的水,NASA计划在2024年之前向该区域派遣一支人类探险队。 如果宇航员能够从月球最南端区域采集到月球土壤样本,将提供更多关于早期太阳自转速度的物理证据。Airapetian怀疑40亿年前,太阳粒子会被月球昔日的磁场偏转,沉积在两极。他说:“所以你会期待,尽管我们从未实际看见过月球曾经暴露在年轻太阳下的那一部分区域,该区域的化学性质将比赤道区域发生更大程度的变化。关于此,将有许多科学研究待开展。” 来源: https://www.nasa.gov/goddard/2019/feature/nasa-scientists-find-sun-s-history-buried-in-moon-s-crust

2008年至2300年,模拟的格陵兰冰盖变化

2008年至2300年,模拟的格陵兰冰盖变化

1991年至2015年间,由于大气和海洋温度的不断上升,冰层融化,导致全球平均海平面上升超过了1厘米。上面这段视频,模拟了2008年至2300年,格陵兰冰盖的变化,如果格陵兰冰盖全部融化的话,可使全球平均海平面上升7米。 2008年至2300年,模拟的格陵兰冰盖变化

地球淡水的未来:极端的洪水和旱灾

地球淡水的未来:极端的洪水和旱灾

关注淡水:通过预测旱灾和洪水,跟踪藻类的爆发,美国国家航空航天局(NASA)对全球淡水的研究发现及观点帮助人们更好地管理水资源。 版权:NASA /Katy Mersmann NASA的卫星是研究和说明水的重要工具,因为水分不断地循环,从水蒸气到通过降雨和降雪的形式落在土壤里,再到地面和地面以下。由于温室气体导致地球大气变暖,卫星数据记录也越来越长、越来越详细,科学家们正在研究气候变化是如何影响水资源分布的。 研究发现,各种趋势正在开始出现,特别是洪水和旱灾的频率和严重程度将出现极端情况。这些趋势影响着从当地天气到农作物生长地的方方面面,其后果将在当前和未来几个世纪波及整个社会。 当考虑到地球上水资源分布的变化时,不仅要知道哪里下雨或者不下雨,还要知道雨量多少,以及大雨和小雨下得多频繁。降雨量会影响土壤的饱和度,以及溪流和河流的水位,从而改变它们在另一场风暴中容纳更多雨水的能力。缺少雨水会对植被和补充水源造成压力,而当降雨频率增加时,这些水源在下一个干旱期之前很难得到恢复。 随着更多的强降雨事件,各社区出现小型洪水的可能性将增加。 版权:NASA NASA的卫星数据和地面测量数据支持对水资源分布长期变化的研究。其中之一是美国国家气候评估(U.S. National Climate Assessment),该报告研究气候变化及其对美国各区域产生的潜在影响。 例如,在这些变化中,美国各地观测到的特大降水事件有所增加。从1958年到2016年,美国东北部各州的暴雨事件增加了55%,中西部各州增加了42%,东南部各州增加了27%。西部各州的暴雨事件也有小幅增加,摧毁了当地集水区吸收过量降水的能力。 水文学家克里斯塔•彼得斯-利达德(Christa Peters-Lidard)是位于马里兰州绿带的NASA戈达德太空飞行中心的地球物理学家,同时也是水文和生物圈部门副主任。Peters-Lidard表示:“当你考虑改变降水分布的时候,你就会开始想,如果降雨量增加,就意味着洪水泛滥。如果将有更多的暴雨事件发生,很大可能会发生在没有洪水防御设计的地区,这意味着我们需要考虑如何将我们的基础设施设计得更有能力适应更多暴雨事件,并对我们设计一些桥梁和排水系统的方式进行反思。” Peters-Lidard对不断变化的暴雨模式对在不同条件下建立的社区所造成的实际影响并不陌生。在过去的五年里,她的家乡马里兰州埃利科特市(Ellicott City)经历了两场千年一遇的大洪水,摧毁了许多企业和房屋。她说:“这对社区造成了毁灭性的影响。”为了应对洪水和可能发生的更多小型洪水事件,她表示:“我们正在重新考虑主要街道,以及我们应该在哪里重建、不应该在哪里重建。” [rml_read_more] NASA的科学家们利用树木年轮来了解过去的旱灾情况,并结合土壤水分数据建立气候模型来估计21世纪未来的旱灾风险。 版权:NASA 但是,尽管一些地区预计将变得更加潮湿,其他地区将变得更加干燥。越来越高的气温和不断改变的降水模式可能导致旱灾,且NASA的研究表明人类已经影响全球干旱模式近一个世纪。 NASA戈达德太空研究所和和美国纽约哥伦比亚大学的研究人员凯特•马弗尔(Kate Marvel)和本•库克(Ben Cook)使用历史气象数据和树木年轮计算的干旱地图,研究人类对20世纪干旱模式的影响。他们发现,早在20世纪初,就出现数据“指纹”,即一种预计会随着温室气体排放而发生的干燥和湿润的模式。 根据这种“指纹”预测,亚洲部分地区将因温室气体排放而变得更加潮湿,而美国西南部、中美洲和欧洲地区将变得更加干燥。当研究人员将这些数据与实际数据进行对比时,发现这种模式出现于20世纪初。它在1950年后短暂下降,大概是由于大气污染程度较高,但在最近几十年又重新出现,而且越来越强。 Cook表示,证明人类在过去影响了全球干旱模式是理解我们在未来可能如何影响这些模式的一个重要部分。 Cook说:“气候变化不仅仅是未来的问题,该研究表明气候变化已经在影响全球旱灾、水文气候、趋势和变化模式,并且现在正在发生当中。我们预计,如果我们继续让世界变暖,这些趋势就会一直持续下去。” 展示气候模型准确描述过去旱灾的能力,有助于确认它们模拟未来旱灾的能力。Cook的另一项研究显示,如果温室气体排放沿着目前的轨迹继续增长,美国西南部的“超级飓风”可能会持续30多年。Cook和他的团队运行了17种不同的气候模型,这些模型结果均显示未来可能会出现更长时间且更严重的旱灾。 该团队也是第一个将他们的预测结果与远古的关于旱灾的古气候记录进行比较的团队,比如1100年至1300年间的北美旱灾。这使他们能够研究比现代记录中任何旱灾都严重的旱灾,并了解如何与预测的未来旱灾进行比较。他们发现,未来的“特大旱灾”持续的时间可能与以往旱灾一样长,甚至更长,而且可能会更干旱。 根据这些气候预测,淡水的未来将充满极端:旱灾将在一些地区对动植物和人类的安全、健康、食物和水供应构成严重挑战,而洪水也将在其他地区造成同样的后果。随着淡水在地球上流动,NASA的科学研究不仅在预测这些极端挑战方面至关重要,同时也对应对这些挑战的准备方面至关重要。 来源: https://www.nasa.gov/feature/goddard/2019/earth-s-freshwater-future-extremes-of-flood-and-drought

“卡西尼”号揭示了关于土星环的更多细节

“卡西尼”号揭示了关于土星环的更多细节

一幅伪彩色图像拼接图显示了嵌于土星环缝隙中的土星卫星之一:土卫三十五(Daphnis),以及它在基勒环缝(Keeler gap)边缘激起的波浪。2017年卡西尼号(Cassini)近轨道所收集到的图像为我们提供了了解土星环复杂运行机制的新视角。 版权:美国国家航空航天局(NASA)/喷气推进实验室 -加利福尼亚理工学院(JPL-Caltech)/太空科学研究所(Space Science Institute) 最新分析显示,NASA的卡西尼号在执行任务最后一年期间接近土星时,提供了关于结构复杂的土星环错综复杂的运行机制的一些细节。 尽管卡西尼号土星探测任务已于2017年结束,但从其收集的数据中在不断涌现新的科学发现。6月13日发表在《科学》(Science)杂志上的一篇新论文描述了卡西尼号上的四个科学仪器对土星主环进行的有史以来最近距离的观测结果。 观测结果包括由嵌在土星环内的物质质量雕刻出的精细特征。其多样的纹理和图案,从块状到稻草状,从图像中突出出来,引发了关于是什么样的交互作用塑造了这些纹理和图案的疑问。新的光谱图也揭示了土星环间的颜色、化学成分和温度是如何变化的。 就像在原行星物质盘内中构造的行星一样,嵌在土星环中的小卫星(按照发现顺序,从A到G为其命名)与它们周围的粒子相互作用。通过这种方式,该论文进一步证明了土星环是认识天体物理盘过程的一扇窗口,正是这些过程塑造了我们的太阳系。 [rml_read_more] 土星环的新图像显示,即使是在非常接近的情况下,土星环的纹理也是不同的。 版权:NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute 上图经过了过滤,使得新出现的吸管状纹理和块状纹理更加清晰可见。 版权:NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute 这些观测结果也加深了科学家对复杂土星系统的理解。科学家们得出的结论是,在主环的外缘,F环中一系列类似的由冲击产生的条纹具有相同的长度和方向,表明它们很可能是由一群外来冲击源同时撞击土星环造成的。这表明土星环是由环绕土星自身的物质流形成的,而不是由围绕太阳运行的彗星碎片撞击土星环形成的。 该论文第一作者,同时也是美国加州山景城搜寻地外文明研究所(SETI Institute)的科学家马特•提斯凯尔诺(Matt Tiscareno)表示:“这些关于卫星是如何以各种方式雕刻土星环的新细节为研究太阳系形成提供了一个窗口,太阳系圆盘也同样在嵌入其中的物质质量的影响下不断发展演化。” 经久不衰的奥秘 与此同时,随着最新的研究,出现了新的谜题,而旧的谜团也随之加深。近距离的土星环图像聚焦了三种不同的纹理 – 块状、平滑状的和条纹状,并清楚地表明这些纹理出现在边界清晰的带状区域。但这是为什么呢?在许多地方,这些条带与科学家们迄今发现的任何土星环特征都没有关联。 Tiscareno说:“这告诉我们,土星环的外观不仅取决于物质的多少。这些粒子的特性肯定有所不同,这些特性可能会影响到两个土星环粒子碰撞和反弹时的情况。而我们目前还不知道具体情况。” 这张伪彩色图像显示了Cassini号搭载的光学和红外绘图光谱仪(VIMS)捕捉到的土星A、B和C环的红外光谱图。 红外图像版权:NASA/JPL-Caltech/美国亚利桑那大学(University of Arizona)/法国国家科学研究中心 (CNRS) /美国南特大学行星和地球动力学实验室(LPG-Nantes) 土星环图像版权:NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute/G. Ugarkovic 用于分析的数据是在“掠环轨道”(Ring-Grazing Orbits)(2016年12月至2017年4月)和“壮丽终章”(Grand Finale)(2017年4月至9月)期间收集的,当时Cassini号刚好飞越土星云层上方。由于航天器燃料耗尽,任务团队于2017年9月故意将其投入土星大气层。 Cassini号搭载的光学和红外绘图光谱仪(VIMS)揭开了另一个谜团。光谱仪在可见光和近红外光下对光环进行成像,在A环最外层发现了异常微弱的水冰带。这让人出乎意料,因为该地区是具有高度反射性,这通常是冰污染较少的迹象,因此水冰带应较强。 新的光谱图也揭示了土星环的组成。虽然科学家已经知道水冰是其主要成分,但光谱图排除了可检测到的氨冰和甲烷冰作为成分的可能性。考虑到Cassini号发现的有机物质从D环流入土星大气层,但光谱图并没有发现有机化合物,这也是没有意想到的。 位于美国纽约州伊萨卡的康奈尔大学的Cassini VIMS科学家菲尔•尼克尔森(hil Nicholson)表示:“如果有机物质大量存在 – 至少在主要的A、B和C环中,我们应该会看到它们。我还不相信它们是土星主环的主要组成部分。” NASA艾姆斯研究中心的杰夫•库兹(Jeff Cuzzi)表示:“这项研究标志着Cassini科学研究的下一个时代的开始。”Cuzzi自上世纪70年代以来一直在研究土星环,是Cassini号任务中研究土星环的跨学科科学家。 Cuzzi说:“我们看到了更多,观测距离也更近了,同时我们也得到了新的更有趣的谜题。我们刚刚进入下一个阶段,即建立新的、详细的土星环演化模型,包括Cassini号数据显示的新发现,表明土星环比土星年轻得多。” 位于美国加利福尼亚州帕萨迪纳市的喷气推进实验室(JPL)的Cassini号项目科学家琳达•斯皮尔克(Linda Spilker)表示:“新的观测结果让科学家们对土星环有了比以前更为深入的了解,每一次观测都显示了其新的复杂性。 Spilker说:“这就像把我们在土星环中所看到的再提高一个档次。每个人都对正在发生的事情有了更加清晰的认识。观测仪器额外的分辨率解决了许多问题,但仍存在许多令人着迷的问题。” “卡西尼-惠更斯”计划(Cassini-Huygens mission)是NASA、欧洲航天局(ESA)和意大利航天局的合作项目。喷气推进实验室(JPL)是美国加州理工学院帕萨迪纳分校的一个部门,负责管理NASA华盛顿科学任务理事会的任务。JPL设计、开发并组装了Cassini号轨道飞行器。雷达仪器由JPL、意大利航天局与来自美国和几个欧洲国家的团队成员共同建造。 欲了解关于Cassini号的更多信息,请点击以下链接: https://solarsystem.nasa.gov/cassini

来自空间站的科学

来自空间站的科学

在社交媒体时代,我们的所有新体验都会被记录下来。在地球上,我们的相机胶卷被周末出游、社交活动以及与家人和朋友共度的时光填满。但是想象一下,如果你在太空生活和工作,你可能会拍多少张照片。 NASA宇航员Anne McClain在国际空间站的圆顶舱 版权:NASA 圆顶舱是宇航员在国际空间站最喜欢的地方,因为从这里这里看出去,可以看到地球美妙的景色。6月24日,即返回地球的前两周,宇航员安妮•麦克莱恩(Anne McClain)、大卫•圣雅克(David Saint-Jacques)和俄罗斯宇航员奥列格•科诺年科(Oleg Kononeko)将利用一切机会捕捉这一壮观的景象。 尽管这些照片令人叹为观止,但你可能没有意识到它们在保护地球 – 这个被我我们称之为家园的地方的价值。更重要的是,你可以通过“夜间城市“(Cities at Night)公民地图绘制项目进一步了解地球。这一由欧洲发起的项目旨在通过号召普通市民帮助对宇航员拍摄的照片进行分类、定位和地理参照,从而绘制出首张真正的地球夜间彩色地图。迄今为止,已有17000多名市民参与了这项工作。 此刻,是时候把焦点放在过去两周的太空之旅上了。 灯光里的学问 欧洲夜间图像 版权:ESA/NASA 城市灯光不仅会扰乱夜行动物的生活,还会影响人类。夜行动物会因为明亮的城市灯光而迷失方向、导致行为和生理变化。睡前过多的人造光会降低褪黑激素的分泌,而褪黑激素是一种与睡眠有关的激素。褪黑素的抑制会对我们的健康产生负面影响,包括乳腺癌和前列腺癌。同时,路灯也占了国家能源消耗的很大一部分。 除了欧洲航天局(ESA)罗塞塔(Rosetta)卫星拍摄的几张合成图像外,国际空间站宇航员拍摄的地球夜间照片是同类型图片中唯一可供公众免费使用的彩色照片。美国国家航空航天局(NASA)拥有一个公共数据库,里面有自2003年以来由宇航员拍摄的130多万张彩色照片。研究人员目前正在使用这些夜间照片,利用一种名为合成光度测定的数学技术来评估人造光对环境的影响。 合成光度测定使研究人员能够识别宇航员在不同光线条件和相机设置下拍摄的夜间图像中的光源。研究结果提供了关于路灯颜色和亮度如何抑制褪黑激素的产生或阻碍观星视觉的精确信息。 [rml_read_more] 天空之眼 太空闪电 来源:ESA/NASA 继续回到地球观测的主题,本月,大气-空间相互作用监视(Atmosphere-Space Interactions Monitor,ASIM)行动也正在进行中。你可能还记得于2018年6月18日结束的ASIM调试活动,这意味着它即将进入为期两年的运营期的第二年。 ASIM位于欧洲哥伦布实验舱的外部有效载荷平台上,帮助研究剧烈雷暴及其在地球大气和气候中的作用。ASIM平台由两部分组成:模块化多光谱成像阵列(Modular Multi-Spectral Imaging Array,MMIA)和模块化X射线与伽马射线传感器(Modular X and Gamma Ray Sensor,MXGS)。它用于严重雷暴内部和其上方的大气区域,包括平流层和中间层的高空电放电、对流层的云内闪电、重力波和高空云的形成。ASIM可在地面上操作,并已经产生了令人欣喜的结果。请点击这里(here)阅读更多相关信息。 食物,液体和抗氧化剂 ESA宇航员托马斯•佩斯奎特(Thomas Pesquet)在空间站的欧洲哥伦布实验室进行流体实验 版权:ESA/NASA 总结空间站上两周的科学研究是一项棘手的任务,不可能每次都能涵盖所有的活动。但至少还有三个欧洲的实验值得在本篇文章中提及。 本月初,NASA宇航员克里斯蒂娜•科赫(Christina Koch)进行了多次流体实验(Fluidics),旨在更好地了解液体在失重状态下的行为。这些实验的目的是针对上次实验期间遇到的异常情况,对流体实验系统进行启动和测试,并观察插入不同碎波器系统的两个新储罐中的流体行为。 了解液体在太空中运动的基本物理原理,不仅能提高航天器的燃料经济性,还能增进我们对地球洋流和气候的全局性了解。 小球藻 版权:德国斯图加特大学(Universität Stuttgart) 如果我们要游历得更远更久,在太空中生成可供我们自己可持续享用的食物和氧气供应也将是非常重要的。本月,宇航员Anne McClain、David Saint-Jacques和Nick Hague均为德国航空航天中心(DLR)的DLR光生物反应器实验提供了协助,其中Anne完成了将二氧化碳转化为可呼吸的氧气和可食用藻类的实验中的第一次藻类采样。 本实验选用的小球藻为单细胞球形藻类,可在泵浦循环中培养,利用二氧化碳和水生产氧气和可食用生物质。它需要有定期的营养物质供应来支持生长,同时也需要光照。 纳米颗粒 版权:Gianni Ciofani 最近的另一个亮点是将纳米抗氧化剂容器转移到SpaceX的Dragon CRS-17航天器上,该航天器已于6月3日返回地球。通过这项实验,研究人员正在寻找刺激细胞对抗肌肉萎缩、心力衰竭、糖尿病或帕金森氏症的新方法。从基因层面来看,科学家们希望能为阻止长时间停留在地球轨道和深空产生的负面影响找到一种量身定制的解决方案。请点击这里(here)阅读更多相关信息。 展望未来 ESA宇航员卢卡•帕尔米塔诺(Luca Parmitano)将继续在地球上进行任务前的预备训练, Anne,David和Oleg正准备返回地球。但是,无论宇航员是即将准备进入太空还是已于近期返回地球,科学都是重中之重。更多关于基线数据收集的信息,请访问Alexander Gerst的任务博客(mission blog.)。 世界上有一半以上的人口居住在城市。太空在城市创新中发挥着重要作用,改善了数百万人(也可能是数十亿人)的生活质量。本周,我们一起来看看ESA正在做些什么来造福城市居民。请通过标签#SmartCities加入在线对话。 来源: http://www.esa.int/Our_Activities/Human_and_Robotic_Exploration/International_Space_Station/Science_from_the_Space_Station