紫外临边成像光谱仪：探测大气层的“天眼”

  人眼看到的大气是透明的，我们看不到大气的变化，更看不到有多少有害气体如妖魔鬼怪般潜伏在大气层中伺机而动。

　　天宫二号有一对“天眼”，不仅能看到人眼所能看到的可见光，更将视野扩展到人眼所不能及的紫外光。在“天眼”的注视下，大气中的一切都无所遁形。

　　 紫外临边成像光谱仪的“环形天眼”

　　紫外临边成像光谱仪的“前向天眼”

　　“臭氧层在地球上空形成一把保护伞，它将太阳光中99％的紫外线直接过滤掉，有效避免地球生物被紫外线伤害，但也正是这层臭氧阻碍了紫外仪器在地面上对臭氧层以上的大气层进行探测，因此我们需要在地球上边安置洞悉大气的‘天眼’——紫外临边成像光谱仪，在太空对地球大气进行‘层析’式探测研究。”紫外临边成像光谱仪主任设计师、中科院长春光机所研究员王淑荣向《中国科学报》记者介绍说。

　　王淑荣说，通过“天眼”，我们可以看到整个大气层的密度、臭氧、气溶胶、有害气体等的垂直分布及其变化，同时还能监测中层大气的状态与扰动，我们可以了解太阳活动、大气与地球天气及气候的关系，同时还能观测全球环境变化，这一切对于科学和人类生活都非常重要。

　　天宫二号上的“天眼”有两个，一个叫“前向”，一个叫“环形”，同时对地球大气层进行天底和临边探测。

　　王淑荣打了个比方：假如将大气层比作一处美景，天底观测便如在它头顶盘旋的小鸟，能看到的是轮廓和总量，而临边观测则相当于仪器与地球边缘大气并肩而立，可以细致欣赏品味它的层次美。

　　“前向天眼”具备紫外-可见-近红外大气临边成像光谱探测功能，可以对地球临边大气进行切片式探测，反应大气痕量气体的垂直分布信息，并可以获得很高的垂直分辨率。“环形天眼”具备同时对天底大气和临边大气多方位探测的功能，通过反演计算可以获取大气痕量气体多方位的时空分布，进而为大气环境监测和大气科学研究等提供服务。

　　当前国际上已有的紫外临边探测仪器大多是单个方向（前向），个别有前向和侧向。然而这些探测的明显局限是只能得到一个很窄径迹上的数据，相邻轨道之间有巨大空隙，全球覆盖的时空代表性差，不能获得较密的时空覆盖，不能揭示中小尺度变动特征。就如管中窥豹，可见一斑而难知整体。

　　天宫二号紫外临边成像光谱仪将“前向”和“环形”组合探测，实现了垂直对地的天底探测和对地球切线方向的临边多方位探测组合及反演比对，实现了对地球大气的多方位、高光谱、多时空分辨率观测，达到比一般临边探测更高水平的层析反演，在国际上是首创。

　　“该项技术验证及科学实验为下一步空间大气临边成像光谱探测的业务化运行奠定了基础，将在大气痕量气体监测、天气预报、空间天气和物理等领域具有广泛的应用。”王淑荣说。