2024 年 5 月 29 日

 

• 歐洲-日本環境衛星 EarthCARE 於 2024 年 5 月 29 日歐洲中部夏令時間 00:20（當地時間下午 3:20）發射升空。
• 德國太空中心 (DLR) 的德國太空總署積極參與研究氣溶膠和雲層相互作用以及氣候動態的任務。
• 德國研究飛機 HALO（高空遠端研究飛機）配備了來自德國研究機構和大學的類似 EarthCARE 的有效載荷，將進行最廣泛的驗證活動之一。
• 焦點：太空旅行、大氣、氣候變遷

 

2024 年 5 月 29 日，歐洲中部夏令時間中午 12:20（當地時間下午 3:20），EarthCARE 地球觀測衛星搭乘 SpaceX Falcon 9 運載火箭從加州范登堡升空。這顆歐洲-日本衛星因其外觀而被稱為“白龍”，於歐洲中部夏令時間凌晨 1 點 14 分進行首次接觸，成功確認其已做好在太空使用的準備。

在未來六個月所謂的「調試」階段，與 EarthCARE 運行同時，德國航空航天中心 (DLR) 的研究飛機 HALO（高空遠程研究飛機）將在德國航天中心大氣物理研究所和馬克斯·普朗克氣象研究所的領導對衛星數據進行了詳細驗證。作為德國航太局 DLR 資助的「GIVE」計畫的一部分，其他德國科學家將詳細研究數據產品及其品質。

德國太空總署DLR 大力參與EarthCARE 任務（地球雲氣溶膠和輻射探測器），該任務是歐洲太空總署 ESA 地球觀測計畫 FutureEO 的一部分，德國是該計畫的領導者，迄今已捐贈了數億歐元。此外，國家空間計畫還提供了數百萬歐元，用於準備研究人員和計畫辦公室在操作期間使用 EarthCARE 數據，並支援德國研究機構和大學的操作。

 

追蹤地球大氣層的相互作用

無論是南歐的乾旱和炎熱，還是德國的極端暴雨事件，太陽輻射都是地球氣候事件和天氣動態的決定性因素，因為它驅動著大氣環流。然而，這種輻射在大氣中的分佈非常不同，也與雲、微量氣體和氣溶膠（由最小的固體和液體顆粒組成的懸浮顆粒）相互作用。為了能夠在不久的將來做出更精確的預測，我們需要對尚未輕易確定的氣溶膠和雲的參數有更好的全球了解，並破解它們在地球大氣中的相互作用。透過這一點和測量輻射密度，我們比今天更準確地了解我們家鄉星球的輻射平衡。歐洲太空總署ESA與日本太空總署JAXA於2024年5月28日（當地時間）啟動了迄今為止最大、最複雜的地球探索者地球觀測任務。

「歐洲-日本地球觀測任務 EarthCARE 將大大增進我們對氣候和天氣現象的理解。歐空局地球觀測計畫中這顆最大、最複雜的地球探索者衛星是在德國建造的，德國公司和科學研究機構也可以為這項任務貢獻其他重要組成部分，這一事實表明德國在國際地球觀測領域的領先地位。德國航天中心董事會成員兼德國航天局局長瓦爾特·佩爾澤 (Walther Pelzer) 在發射當天在位於達姆施塔特的歐空局歐洲航天運營中心現場直播了發射活動。這顆長 17.2 公尺（包括 11 公尺太陽能板）、寬 2.5 公尺、高 3.5 公尺、重約 2,200 公斤的 EarthCARE 衛星由美國太空公司 SpaceX 的獵鷹 9 號火箭發射到目標軌道，高度為 393 公里。

 

四台儀器提供了地球大氣過程的獨特圖像

EarthCARE 擁有四種互補儀器。透過從雷射發射光脈衝並分析反射訊號，大氣雷射雷達 ATLID（來自巴克南的德國公司 Tesat也參與其中）創建了地球大氣氣溶膠和雲的垂直剖面，包括它們的高度和雲層等屬性。密度和氣溶膠類型。這些資訊前所未有的準確性對於改善氣候模型預測和加深我們對氣溶膠和雲在地球能量平衡中的作用的理解至關重要。借助JAXA 提供的雲剖面雷達CPR（Cloud Profiling Radar），EarthCARE 可以觀察雲的“內部運作”，並提供有關其垂直結構和速度、顆粒尺寸分佈和含水量的詳細見解，例如跟踪雲的形成和含水量。大氣雷射雷達和雲雷達在衛星正下方的相當薄的「幕布」中對大氣進行輪廓分析，而 EarthCARE 的 MSI 多光譜成像儀則在更大的視野中進行測量。該儀器可捕捉可見光和紅外光譜多個光譜帶的高解析度影像。這使得科學家能夠區分不同類型的雲、氣溶膠和地球表面，並獲得有關雲和氣溶膠光學特性的附加信息，以便更多地了解它們的成分和分佈。透過結合光達、雷達和多光譜數據，將可以獲得有關雲和氣溶膠的三維資訊。船上的第四個儀器是 BBR（寬頻輻射計），它可以從三個方向測量大氣中的反射輻射。 「透過這種方式，可以確定反射的太陽輻射量和地球發出的熱輻射量。這些測量結果將與其他儀器綜合觀測計算出的輻射相結合，從而顯著提高我們目前對氣溶膠、雲層和地球能量平衡之間相互作用的理解。阿爾布雷希特·馮·巴根 (Albrecht von Bargen)，負責德國太空中心 (DLR) 的 EarthCARE 任務。

 

德國研究飛機 HALO 接管驗證活動

這四種強大的儀器共同提供了對地球大氣層「內部運作」的前所未有的洞察。 「但是 EarthCARE 只有在儀器設定正確的情況下才有效。為此，必須將太空中的測量結果與空中和地面的其他測量數據反覆進行比較。 「除此之外，我們在一個由三部分組成的驗證活動中做到了這一點，為此我們為研究飛機 HALO（高空和遠程研究飛機）配備了四種與 EarthCARE 相當的儀器，」博士解釋道。 Silke Groß，德國航太中心大氣物理研究所領導這些活動的人。測量飛行將於 2024 年 8 月開始，由 DLR 大氣物理研究所、馬克斯·普拉克氣象研究所、萊比錫氣象研究所以及佛得角的漢堡大學、科隆大學和慕尼黑大學協調。萊布尼茨對流層​​研究所 (TROPOS)的地面測量支持了驗證。 9 月，HALO 繼續前往巴貝多，在那裡馬克斯·普朗克氣象研究所伴隨著測量飛行和地面測量。隨後，HALO 將返回位於上普法芬霍芬的 DLR ，秋季將再次進行歐洲、溫帶北大西洋和阿爾卑斯山飛往地中海的廣泛航班。

科學家對這三個飛行目的地追求不同的目標：「在佛得角上空，我們面臨著不同氣溶膠和雲層的複雜情況，從淺雲到高雲，我們特別擅長研究這些懸浮顆粒的相互作用。我們預計巴貝多周圍航班的雲端和氣溶膠結構會發生變化。透過從奧伯普法芬霍芬出發的航班，我們檢查了從溫帶、阿爾卑斯山到地中海地區的航班上的氣溶膠和雲，這些航班與其他飛行目的地的氣溶膠和雲有很大不同。 「這意味著我們已經涵蓋了盡可能廣泛的範圍，」博士解釋道。西爾克·格羅斯。在許多這樣的航班中，HALO 將恰好飛行在 EarthCARE 衛星下方，以便衛星、研究飛機和地面站的測量結果完全可比。慕尼黑路德維希馬克西米利安大學、科隆大學、萊比錫大學和漢堡大學、德國航太中心大氣物理研究所和馬克斯普朗克氣象研究所都參與了這項飛行活動。驗證飛行與德國研究基金會的驗證活動相協調，包括 TROPOS、柏林自由大學、於利希研究中心和德國氣象局。 HALO 由DLR 飛行實驗設施營運。

 

德國的演算法應該挖掘「數據黃金」。

這四種儀器總共提供了 40 種不同數據產品的信息，例如雲的形成和分類、氣溶膠層的成分、大氣的輻射預算，以及雨和雪的特性，例如精確的雨滴和雪花尺寸。數據產品中大約一半的地球物理參數直接來自四個儀器之一的測量結果。另一半，這些數據產品用於進一步的演算法中，以得出協同地球物理量。這些計算流程的開發由 ESA 授予 TROPOS 和 FU Berlin 等公司，並擁有大量份額，因此也在德國進行。 「多年來，演算法開發一直是地球觀測不可或缺的一部分。它允許從原始數據提供校準信息，並使用基於物理關係的計算規則從中導出地球物理量。如果沒有演算法，EarthCARE 的使命是不可想像的。它們幫助科學家從實際測量中獲取最多信息，例如 TROPOS 提供的用於根據 ATLID 測量數據計算雲頂和氣溶膠參數的演算法。未來，與其他地球觀測任務一樣，我們可以期望採用基於人工智慧的方法（當然是根據地球物理學進行嚴格評估），以便進行深入、進一步的評估。阿爾布雷希特·馮·巴根。為了進一步解釋這項數據寶庫並使其能夠被所有有興趣的科學家和德國更廣泛的群體使用，在慕尼黑路德維希馬克西米利安大學設立了一個計畫辦公室，德國航天中心的德國航天局使用該計畫辦公室的資金來自國家太空計畫的推動。

 

[照片]

(A) EarthCARE 起飛

ESA 的 EarthCARE 衛星於 5 月 29 日歐洲中部夏令時間 00:20（當地時間 5 月 28 日 15:20）搭乘 SpaceX Falcon 9 火箭從美國加州范登堡太空部隊基地升空。

(B) EarthCARE 正在前往發射台的路上

ESA 的 EarthCARE 衛星封裝在獵鷹 9 號火箭的整流罩內，已交付至加州范登堡太空部隊基地的 SpaceX 發射設施。一旦進入軌道，這顆新衛星將徹底改變我們對雲和氣溶膠如何影響地球氣候的理解。

(C) EarthCARE 將破解大氣中的相互作用

無論是南歐的乾旱和炎熱，還是德國的極端暴雨事件，太陽輻射都是地球氣候事件和天氣動態的決定性因素，因為它驅動著大氣環流。然而，這種輻射在大氣中的分佈非常不同，也與雲和氣溶膠（固體和液體顆粒的混合物）以及微量氣體相互作用。為了能夠在不久的將來做出更精確的預測，我們需要對尚未輕易確定的氣溶膠和雲的參數有更好的全球了解，並破解它們在地球大氣中的相互作用。透過這一點和測量輻射密度，我們比今天更準確地了解我們家鄉星球的輻射平衡。因此，歐洲太空總署 ESA 計畫於 2024 年 5 月與日本太空總署 JAXA 一起啟動迄今為止最大、最複雜的地球探索者地球觀測任務。

(D) 德國研究飛機 HALO 為 EarthCARE 進行驗證活動

德國研究飛機 HALO 將從 2024 年 8 月起對 EarthCARE 衛星進行由三個部分組成的驗證活動。德國航太中心大氣物理研究所與馬克斯‧普拉克氣象研究所合作。航班目的地為佛得角、巴貝多和上普法芬霍芬。在許多這樣的航班中，HALO 將恰好飛行在 EarthCARE 衛星下方，以便衛星、研究飛機和地面站的測量結果完全可比。慕尼黑路德維希馬克西米利安大學、科隆大學、萊比錫大學和漢堡大學、德國航太中心大氣物理研究所和馬克斯普朗克氣象研究所都參與了這項飛行活動。驗證飛行與德國研究基金會的驗證活動相協調，包括 TROPOS、柏林自由大學、於利希研究中心和德國氣象局。

(E) EarthCARE 在腓特烈港無塵室中

歐洲太空總署（ESA）和日本宇宙航空研究開發機構（JAXA）的 EarthCARE 衛星在歐洲接受了最終檢查。在這顆衛星被包裝並運往美國發射場之前，它在德國腓特烈港空中巴士公司的無塵室度過了最後幾天。 2024 年 2 月初，它將被飛機運往位於美國加州范登堡的發射場。它計劃於五月在那裡發射升空。

(F) 研究飛機HALO

航程、高度、有效載荷和大量儀器的結合使 HALO 成為全球獨一無二的研究平台。